Раздел 24.2 Биосинтез гемоглобина.
Раздел 24.1 Особенности строения и функции хромопротеинов.
Хромопротеины относятся к сложным белкам. Молекулы хромопротеинов состоят из полипептидных цепей и небелковых компонентов (простетических групп), из которых наиболее распространённым является гем.
24.1.2. Гем в качестве простетической группы содержат следующие белки:
Гемоглобин – присутствует в эритроцитах; в его состав входят 4 полипептидные цепи, с каждой из которых связана одна гемовая группа. Этот белок транспортирует О 2 и СО 2 в крови.
Миоглобин – присутствует в клетках мышечной ткани; представляет собой одну полипептидную цепь, с которой связана одна гемовая группа. Этот белок запасает кислород в мышцах и отдаёт его при выполнении мышечной работы.
Цитохромы– белки-ферменты, содержатся в митохондриях клеток, участвуют в переносе электронов на кислород в дыхательной цепи.
Пероксидаза и каталаза – белки-ферменты, ускоряют расщепление пероксида водорода Н2О2 на Н2О и О2 .
Подробнее о строении и функциях хромопротеинов см. материалы темы 3, разделы 3.2 - 3.3.
Раздел 24.2 Биосинтез гемоглобина.
24.2.1. Схема биосинтеза гемоглобина представлена на рисунке 24.1. Исходными веществами в этом метаболическом пути являются аминокислота глицин и метаболит цикла Кребса сукцинил-КоА . Синтез происходит в ретикулоцитах (незрелых эритроцитах, содержащих клеточное ядро). Реакции идут в митохондриях и цитоплазме клеток.
Рисунок 24.1. Биосинтез гемоглобина и его регуляция.
Первая стадия в последовательности реакций, ведущих к синтезу гема, катализируется δ-аминолевулинат-синтазой. Фермент абсолютно специфичен к субстратам; кофакторами фермента являются пиридоксаль-5-фосфат и ионы Mg 2+ .
Имеются данные о том, что некоторые лекарственные препараты, а также стероидные гормоны, напротив, индуцируют синтез печёночной δ-аминолевулинат-синтазы.
Во второй реакции, катализируемой δ-аминолевулинат-дегидратазой, при конденсации двух молекул δ-аминолевулината образуется порфобилиноген.
В дальнейшем из четырёх молекул порфобилиногена в результате ряда сложных ферментативных реакций образуется протопорфирин IX – непосредственный предшественник гема. При участии митохондриального фермента феррохелатазы двухвалентное железо включается в уже готовую структуру протопорфирина. Для протекания этой реакции необходимы аскорбиновая кислота и цистеин в качестве восстановителей. Ингибитором феррохелатазы является свинец. На заключительном этапе происходит соединение гема с белковыми цепями, характерными для синтезируемого хромопротеина. Конечные продукты этого биосинтеза (гем, гемоглобин) подавляют начальные реакции по механизму отрицательной обратной связи (рисунок 24.1).
При врождённых и приобретённых нарушениях биосинтеза гема развиваются заболевания – порфирии.
24.2.2. Порфирии – группа наследственных заболеваний, обусловленных частичным дефицитом одного из ферментов синтеза гема. Снижение образования гема приводит к снятию его ингибирующего эффекта на начальные этапы биосинтеза, результатом чего является избыточное образование порфиринов и их предшественников. Основными симптомами порфирий являются:
нарушения со стороны центральной нервной системы (т.к. предшественники порфиринов являются нейротоксинами);
повышенная светочувствительность кожи (порфирины накапливаются в коже, поглощают свет и переходят в возбуждённое состояние, вызывая образование токсичных свободных радикалов);
анемия (снижение содержания гемоглобина в крови);
порфиринурия- выведение порфиринов с мочой и калом (моча приобретает красную окраску).
Порфиринурия может также развиваться при отравлениях свинцом.
Раздел 24.3 Обмен железа.
24.3.1. В организме человека содержится 4 – 6 г железа. Из этого количества 65-70% приходится на долю гемоглобина. Значительно меньше Fе находится в составе других гемсодержащих белков (миоглобин, цитохромы), а также металлопротеинов (ферритин, трансферрин). Поэтому обмен железа в организме определяется прежде всего синтезом и распадом гемоглобина эритроцитов. Недостаточное поступление железа в организм проявляется в первую очередь как анемия (железодефицитная). Общая схема обмена железа представлена на рисунке 24.2.
Рисунок 24.2. Обмен железа в организме.
24.3.2. В кишечнике всасывается лишь небольшая часть (около 1/10) имеющегося в пище железа. Транспортной формой железа в крови служит белок плазмы крови трансферрин. Другой белок, участвующий в метаболизме железа – ферритин – служит для депонирования железа, присутствует в большинстве тканей. Железо, освобождающееся при разрушении эритроцитов, может, как правило, повторно использоваться (реутилизироваться) для построения новых молекул хромопротеинов. Однако часть железа теряется организмом, главным образом, с желчью. Эти потери компенсируются поступлением железа с пищей.