Hemoglobine synthese is samengesteld uit heemsynthese en globinesynthese. Ten slotte vindt de koppeling van de prothetische heemgroep met elk vier globines plaats om de ijzer-bevattend eiwitcomplex hemoglobine Zowel stoornissen in heemsynthese als globinesynthese kunnen leiden te serieus volksgezondheid problemen.
Wat is hemoglobinesynthese?
Hemoglobine is een ijzer-bevattend eiwitcomplex gevonden in rood bloed cellen. Om de hemoglobinesynthese te begrijpen, is het eerst nodig om de structuur van hemoglobine te kennen. Hemoglobine is een ijzer-bevattend eiwitcomplex, dat bestaat uit vier subeenheden van globine, elk met een prothetische heemgroep. Bij volwassen menselijk hemoglobine zijn er zowel twee identieke alfaglobines als twee identieke bètaglobines als subeenheden. Elk van deze subeenheden is bevestigd aan een prothetische heemgroep, die bestaat uit een porfyrine-ijzer II-complex. Een hemoglobinecomplex bevat dus elk vier heemgroepen. Elke heemgroep kan een complex vormen zuurstof molecuul aan het ijzer II-ion, afhankelijk van de chemische omgeving. Afhankelijk van met hoeveel heemgroepen er zijn geladen zuurstofspreken we van oxyhemoglobine (zuurstofrijk) of deoxyhemoglobine (zuurstofarm). Het ijzer II-ion bevindt zich in het midden van de porfyrinering. Daarnaast is er een complexe binding met het histidineresidu van globine. Aan de andere kant, afhankelijk van de energietoestand van het ijzerion, een zuurstof molecuul kan complexgebonden zijn. De energietoestand wordt beïnvloed door externe fysische en chemische omstandigheden als gevolg van conformatieveranderingen van de globine.
Functie en taak
De laatste stap in de hemoglobinesynthese is de assemblage van de prothetische heemgroep met de vier globine-eenheden tot een ijzerbevattend eiwitcomplex. De afzonderlijke componenten worden gevormd door onafhankelijke biosynthetische routes. Uitgangsmaterialen voor de porfyrinering van de heemgroep zijn het aminozuur glycine en succinyl-CoA. Succinyl-CoA is samengesteld uit co-enzym A en barnsteenzuur. Barnsteenzuur is een tussenproduct bij de afbraak van energierijke ketonlichamen als onderdeel van energiemetabolisme Met behulp van het enzym delta-aminolevulinezuursynthase wordt delta-aminolevulinezuur gesynthetiseerd uit succinyl-CoA en glycine. Met de eliminatie van een molecuul van waterTwee moleculen van delta-aminolevulinezuur condenseren om het pyrroolderivaat porfobilinogeen te vormen. Met de eliminatie of ammonia en met behulp van het enzym uroporfyrinogeen I synthetase, vier moleculen van porfobiliogeen reageren om hydroxymethylbilaan te vormen. Dit wordt omgezet in uroporfyrinogeen III met ringvorming. Enzymatische decarboxylering en dehydrogenering in de mitochondria produceert protoporfyrine. Met het enzym ferrochelatase wordt een ijzer II-ion in dit molecuul opgenomen om heem te vormen. In het cytosol van de cel is het heem gekoppeld aan het eiwitglobine om het ijzerbevattende eiwitcomplex hemoglobine te vormen. Synthese van de individuele globines vindt plaats via normale eiwitbiosynthese. Zoals eerder vermeld, ontvangt het volwassen hemoglobinecomplex twee identieke subeenheden van elk van alfa- en bètaglobines. Vanwege zijn complexe structuur heeft het afgewerkte hemoglobine het vermogen ontwikkeld om zuurstof te transporteren en toe te voeren aan alle cellen van het organisme. De binding van het centrale ijzer aan zuurstof is echter niet erg sterk en wordt zeer gemakkelijk beïnvloed door externe chemische en fysische factoren. Hierdoor kan hemoglobine zowel snel zuurstof opnemen als snel weer afgeven. Zo hangt de zuurstofopname van hemoglobine onder andere af van de factoren PH-waarde, carbon dioxyde of partiële zuurstofdruk of zelfs temperatuur. Deze beïnvloedende variabelen veranderen de conformatie van bijvoorbeeld globines, zodat de zuurstofbinding kan worden versterkt of verzwakt via kleine veranderingen in de energetische en sterische verhoudingen. Dus bij een lage PH en een hoge carbon de partiële druk van dioxyde, wordt de zuurstofbinding aan het ijzer II-ion verzwakt, wat de zuurstofafgifte bevordert. Onder deze omstandigheden vindt een grotere metabolische omzet plaats, die ook een verhoogde zuurstofbehoefte heeft. Het zuurstoftransportsysteem is daarom het beste afgestemd op de fysieke behoeften via de hemoglobinefunctie.
Ziekten en kwalen
Stoornissen in de hemoglobinesynthese kunnen leiden voor verschillende ziekten. er zijn er bijvoorbeeld een aantal genetische ziekten die zijn gebaseerd op een stoornis in de heemsynthese. In dit geval hopen heemprecursoren zich op in het lichaam, wat onder andere leidt tot extreme gevoeligheid voor licht. In deze zogenaamde porfyrieënworden porfyrines opgeslagen in de bloed schepen of zelfs de lever Bij blootstelling aan licht kunnen sommige vormen van porfyrieën Bewaar verhoogde stralingsenergie. Wanneer de energie vrijkomt, worden zuurstofradicalen gevormd die het blootgestelde weefsel aanvallen en vernietigen. Ernstige jeuk en brandend pijn ontwikkelen. Er zijn zeven vormen van porfyrieën De vorming van heem is een proces van acht stappen waarin zeven enzymen zijn betrokken. Als een enzym onvoldoende functioneert, wordt de respectieve precursor op dit punt van heemsynthese opgeslagen. Op basis van de symptomen zijn porfyrieën onderverdeeld in twee hoofdgroepen. De zogenaamde cutane porfyrieën worden gekenmerkt door pijnlijk lichtgevoeligheid van de huid Bij hepatische porfyrieën, lever betrokkenheid overheerst bij ernstig pijn in de buik, misselijkheid en braken In veel gevallen is er echter overlap tussen de twee symptoomcomplexen. Porfyrieën vertonen vaak een episodisch verloop met acute aanvallen. Afhankelijk van het type porfyrie, deze manifesteren zich in plotseling pijnlijk huid reacties, koliek pijn in de buik, misselijkheid/brakenrode verkleuring van de urine, toevallen, neurologische gebreken of zelfs psychosen. Andere aandoeningen van de hemoglobinesynthese verwijzen naar de defecte synthese van globine moleculen vanwege mutaties van de overeenkomstige genen. Voorbeelden zijn de zogenaamde sikkelcel bloedarmoede of de thalassemieën. In sikkelcel bloedarmoedeis het eiwit van de bèta-globine-subeenheid genetisch veranderd. Op positie zes van dit eiwit is het aminozuur glutaminezuur vervangen door valine. Bij afwezigheid van zuurstof vervormt het hemoglobine in kwestie tot een sikkelvorm, samenklonterend en klein verstopt bloed schepen Dit resulteert in levensbedreigend circulatiestoornissen Thalassemieën zijn een groep verschillende hemoglobine-misvormingen die resulteren in verminderde globineketenvorming van alfa- of bètaglobine. Het belangrijkste symptoom is ernstig bloedarmoede.
