סינתזת המוגלובין

ה סינתזת המוגלובין מורכב מסינתזת ההם וסינתזת הגלובין. לבסוף, קבוצת ההם התותבת, לכל אחד מהם ארבעה גלובינים, קשורה למוגלובין המורכב מחלבון המכיל ברזל. הפרעות בסינתזת ההם וגם בסינתזת הגלובין עלולות להוביל לבעיות בריאותיות חמורות.

מהי סינתזת המוגלובין?

על מנת להבין את סינתזת ההמוגלובין, תחילה יש צורך בידע במבנה ההמוגלובין. המוגלובין הוא קומפלקס חלבונים המכיל ברזל, המורכב מארבע יחידות משנה של גלובין, שלכל אחת מהן קבוצת heme תותבת.

בהמוגלובין של אדם בוגר ישנם שני גלובנים אלפא זהים, כמו גם שני גלובינים בטא זהים כיחידות משנה. כל אחת מיחידות המשנה הללו קשורה לקבוצת heme תותבת, המורכבת ממתחם ברזל פורפירין (II). לפיכך מתחם המוגלובין מכיל ארבע קבוצות המיים.

בהתאם לסביבה הכימית, כל קבוצת heme יכולה לקשור מולקולת חמצן ליון הברז בצורה מורכבת. תלוי בכמה קבוצות heme עמוסות חמצן, אחת מדברת על אוקסימוגלובין (עשיר בחמצן) או דהוקסיהמוגלובין (דל חמצן).

היון הברזל ממוקם באמצע טבעת הפורפירין. בצד יש קשר מורכב לשאריות ההיסטידין של הגלובין. מצד שני, תלוי במצב האנרגיה של יון הברזל, ניתן לקשור מולקולת חמצן במתחם. מצב האנרגיה מושפע מתנאים פיזיקלים וכימיים חיצוניים כתוצאה משינויים בתצורת הגלובין.

פונקציה ומשימה

השלב האחרון בסינתזת המוגלובין מורכב בהרכבת קבוצת ההם התותבת עם ארבע יחידות הגלובין ליצירת קומפלקס חלבון המכיל ברזל. המרכיבים האישיים נוצרים על ידי מסלולי ביו-סינתטיים עצמאיים.

חומרי ההתחלה לטבעת הפורפירין מקבוצת ההם הם חומצות האמינו גליצין וסוקסיניל-CoA. Succinyl-CoA מורכב מקואנזים A וחומצה succinic. חומצה סוקסינאית היא מוצר ביניים בפירוק גופי קטון עשירים באנרגיה כחלק ממטבוליזם האנרגיה. בעזרת האנזים חומצה דלתא-aminolevulinic synthase, חומצה דלתא-aminolevulinic מסונתזת מסוקסיניל-CoA וגליצין. שתי מולקולות של חומצה דלתא-אמינוליבולינית מתעבות עם חיסול מולקולת מים אחת ליצירת פורפולולינוגן נגזרת של פירול. בעזרת חיסול אמוניה ובעזרת האנזים סינטטזה Uroporphyrinogen-I, ארבע מולקולות של פורפובילוגן מגיבות ליצירת הידרוקסימתילבילן. זה הופך Uroporphyrinogen III עם היווצרות טבעת.

פרוטופורפירין מיוצר באמצעות דק-בוקסילציה אנזימטית והתייבשות במיטוכונדריה. בעזרת האנזים פרוצהלטאז משולב יון ברזל (II) במולקולה זו עם היווצרות של heme. בציטוזול של התא, הקישור מקושר לחלבון הגלובין ליצירת המוגלובין המכיל קומפלקס חלבון המכיל ברזל.

הסינתזה של הגלובינים הבודדים מתרחשת באמצעות ביוסינתזה של חלבון רגיל. כאמור, קומפלקס ההמוגלובין הבוגר מכיל שתי יחידות משנה זהות של אלפא ובטא גלובינים. בשל המבנה המורכב שלו, המוגלובין המוגמר פיתח את היכולת להעביר חמצן ולספק אותו לכל תאי האורגניזם.

עם זאת, קשירת הברזל המרכזי לחמצן אינה הדוקה במיוחד ויכולה להיות מושפעת בקלות רבה מגורמים כימיים ופיזיים חיצוניים. זה מאפשר למוגלובין לספוג וגם לשחרר חמצן במהירות. תכולת החמצן של המוגלובין תלויה בין היתר בגורמים pH, פחמן דו חמצני או לחץ חלקי או חמצן. משתנים משפיעים אלה משתנים, למשל, את ההתאמה של הכפולים, כך שאפשר להתחזק או להחליש את קשר החמצן על ידי שינויים קלים בתנאים האנרגטיים והסטרטיים.

עם ערך pH נמוך ולחץ חלקי גבוה בפחמן דו חמצני, קשר החמצן ליון הברזל (II) נחלש וכך עדיף שחרור החמצן. בדיוק בתנאים אלה מתקיימת תחלופה מטבולית חזקה יותר, שגם בה יש דרישה מוגברת לחמצן. לכן מערכת העברת החמצן מתואמת בצורה אופטימלית עם הצרכים הפיזיים באמצעות פונקצית המוגלובין.

מחלות ומחלות

הפרעות בסינתזת המוגלובין עלולות להוביל למחלות שונות. ישנן מספר מחלות גנטיות שמבוססות על הפרעה בסינתזה של ההם. בתהליך מצטברים בגוף מבשרי המיים, מה שמביא בין היתר לרגישות קיצונית לאור. בפורפיריות כביכול אלה, פורפירינים מאוחסנים בכלי הדם או אפילו בכבד. כאשר הם נחשפים לאור, צורות מסוימות של פורפיריה אוגרות אנרגיה קרינה רבה יותר. כאשר משתחררת האנרגיה נוצרים רדיקלי חמצן התוקפים ומשמידים את הרקמה החשופה. זה מוביל לגרד קשה וכאבי שריפה.

ישנן שבע צורות של פורפיר. בניית ההמה היא תהליך בן שמונה שלבים בו מעורבים שבעה אנזימים. אם אנזים רק מתפקד בצורה לא מספקת, הקודם בהתאמה נשמר בנקודה זו בסינתזת ה- heme. על סמך התסמינים, הפרפיריות מחולקות לשתי קבוצות עיקריות. מה שנקרא פורפיריות עוריות מאופיינות ברגישות הכואבת של העור לאור.אצל פורפירס בכבד, מעורבות הכבד שולטת בכאבי בטן עזים, בחילות והקאות. אולם במקרים רבים קיימת חפיפה בין שני מתחמי הסימפטומים.

פורפיריות מראות לרוב מסלול לסירוגין עם התקפות חריפות. תלוי בסוג הפורפיריה, אלה מתבטאים בתגובות עור כואבות לפתע, כאבי בטן דמויי קוליק, בחילה / הקאות, צבע אדום בשתן, פרכוסים, חסרונות נוירולוגיים או אפילו פסיכוזות.

הפרעות אחרות בסינתזת המוגלובין קשורות לסינתזה לקויה של מולקולות גלובין באמצעות מוטציות בגנים המתאימים. דוגמאות לכך הן מה שנקרא אנמיה חרמשית או תלסמיה. באנמיה חרמשית, החלבון של יחידת המשנה בטא גלובין שונה גנטית. במצב שש של חלבון זה, חומצת האמינו גלוטמי הוחלפה על ידי וולין. אם יש מחסור בחמצן, ההמוגלובין הנוגע בדבר הופך לצורת מגל, מתגבש יחד וסותם כלי דם קטנים. התוצאה היא הפרעות במחזור הדם המסכנות חיים. תלסמיאס הם קבוצה של מומים שונים בהמוגלובין המובילים להיווצרותה של ירידה בשרשרת הגלובין של אלפא או בטא גלובין. אנמיה קשה היא התסמין החשוב ביותר.