14. HEM

Sveučilište u SplituPrirodoslovno-matematički fakultet

Odjel za kemiju

prof. dr. sc. Maja Pavela-Vrančič

mioglobina hemoglobina katalaze peroksidaze citokroma-c

Hem se sintetizira u eritrocitima (~85%) jetri kao prostetička skupina citokroma P450,

oksidativnog enzima koji sudjeluje u detoksifikaciji

Hem je prostetička skupina

kod sisavaca nalazi se u membrani ER

katalizira reakciju

RH + O2 + 2H+ + 2e- ROH + H2O

RH – široki spektar lipofilnih spojeva

policiklički aromatski ugljikovodici: kancerogeni spojevi u dimu cigarete

steroidi

lijekovi: ksenobiotici koji se prevode u topljivi oblik i luče putem bubrega

Citokrom P450 je monooksigenaza

acetatacetat

Cikluslimunskekiseline

sukcinil-CoAsukcinil-CoA

acetil-CoAacetil-CoA

CoASH + ATP

AMP + PPi

CoASH

glicin acetat

HEM

Svi atomi ugljika u hemu potječu odglicina i acetata

C-atomi iz acetata dolaze uskupinama od 3 C-atoma

Fe

MITOHONDRIJ

sukcinil-CoA

glicin

porfobilinogen

uroporfirinogen III

protoporfirin IX

HEMHEM

CLKCLK

δ-aminolevulinska kiselina

protoporfirinogen IX

CITOSOL

2CO2

ALA

Porfirini se sintetiziraju iz glicina i sukcinil-CoA

4CO2

Siteza hema odvija se dijelom u matriksu mitohondrija, a dijelom u citosolu

Kondenzacijom glicina i sukcinil-CoA nastaje linearni međuprodukt -aminolevulinska kiselina (ALA)

Ferokelataza nalazi se na unutrašnjoj membrani

mitohondrija katalizira ugradnju Fe(II) u

protoporfirinski prstenporfobilinogen

deaminaza

porfobilinogensintaza

koproporfirinogen III

ferokelataza

Željezom bogata hrana

dagnje kamenice kućice srdele crveno meso jaja zeleno povrće

Fe je potrebno za prijenos kisika, proizvodnju energije, rast i proliferaciju stanica

ljudsko tijelo sadrži oko 3,5 g Fe

željezo se apsorbira u tankom crijevu

apsorbirano željezo se plazmom prenosi do tkiva pomoću TRANSFERINA

veže dva Fe3+ iona

nema fiziološkog mehanizma za izlučivanje viška željeza osim gubitka krvi

Apsorpcija, prijenos i pohrana Fe

TRANSFERINprenosi Fe plazmom

Hemoglobineritropoeza

Dnevna prehranasadrži 10-20 mg Fe

apsorbira se1-2 mg Fe/dan

gubi se1-2 mg Fe/dan

FERITINpohrananjuje Fe u jetri i srcu

mioglobin u mišiću i drugi procesi

Unutrašnja šupljina feritina možeprimiti 4 500 Fe3+ iona

presjek

feritin se sastojiod 24 podjedinice

transferin-Fe

FERITIN skladišti željezo u tkivu

nosač-Fe mitohondrij

lizosom

FERITINendosom

receptor zatransferin-Fe

Obitelj iz Burme Porphyria erythropoetica zove se još “Drakulina bolest”

članak u American Association for the Advancement of Science1985, autor biokemičar David Dolphin

"Porphyria, Vampires, and Werewolves: The Aetiology of European Metamorphosis Legends"

U eritrocitima________________________

manjak ferokelataze: eritropoetska protoporfirija

manjak uroporfirinogen III sintaze: kongenitalna eritropoetska porfirija

uzrokuje nakupljanje uroporfirinogena I i koproporfirinogena I

U eritrocitima________________________

manjak ferokelataze: eritropoetska protoporfirija

manjak uroporfirinogen III sintaze: kongenitalna eritropoetska porfirija

uzrokuje nakupljanje uroporfirinogena I i koproporfirinogena I

Simptomi__________________________ lučenje porfirinogena: crveno

obojeni urin

taloženje porfirinogena: smeđe-crvena fluorescencija zubi pod UV-svjetlom

fotoosjetljivost kože: nastaju bolni čirevi koji ostavljaju ožiljke na koži

rast kose na licu i udovima neurološka disfunkcija

Simptomi__________________________ lučenje porfirinogena: crveno

obojeni urin

taloženje porfirinogena: smeđe-crvena fluorescencija zubi pod UV-svjetlom

fotoosjetljivost kože: nastaju bolni čirevi koji ostavljaju ožiljke na koži

rast kose na licu i udovima neurološka disfunkcija

Porfirija je genetski poremećaj umetabolizmu hema

U jetri: manjak porfobilinogen deaminaze Napadi abdominalnih bolova i neurološka disfunkcija

Velike količine ALA i porfobilinogena u urinu

Pretpostavlja se da je engleski kralj George III (1738-1820) bolovaood porfirije

za vrijeme njegove vladavine Engleska je izgubila kolonije u sjevernoj Americi

poznat i po napadima ludila

Fe

MITOHONDRIJ

sukcinil-CoA

glicin

porfobilinogen

protoporfirin IX

HEMHEM

CLKCLK

δ-aminolevulinska kiselina

CITOSOL

2CO2

ALA

4CO2

Dijagnostički pokazatelj:

VISOKA koncentracija Pb: inhibira ferokelatazu protoporfirin IX nakuplja se u tkivu

NISKA konenracija Pb: inhibira porfobilinogen sintazu visoka koncentracija ALA u urinu

Simptomi: crijevni tip trovanja: mučnina, gubitak

apetita i kolike

živčani tip: slabost živaca koji inerviraju ekstenzorne mišiće

encefalopatski tip: glavobolje, vrtoglavica, koma, konvulzije pa i smrt u teškim slučajevima

porfobilinogensintaza

ferokelazata

Trovanje olovom

životni vijek eritrocita: 120 dana stare stanice se odstranjuju iz cirkulacije

razgrađuju se u slezeni

globinski lanac se razgrađuje na aminokiseline

hem se pretvara u topljivi lančani oblik i izlučuje

atom željeza se ponovo upotrebljava

Razgradnja hema

CO

biliverdinbiliverdin

bilirubinbilirubin

urobilinurobilinsterkobilinsterkobilin

debelo crijevo bubrezi

debelo crijevo

bilirubin diglukuronid

urobilinogen

NADPH

Hem se razgrađuje do žučnih boja

razgradnja započinje oksidacijskim cijepanjem

nastaje endogeni CO

netopljivi bilirubin prenosi se u kompleksu s albuminom

u jetri se netopljivi bilirubin prevodi u topljivi diglukuronid

topljivi bilirubin diglukuronid luči se u žučni mjehur

HEM UDP UDP-glukuronat

jetra

glukuronatglukuronat bakterijski enzimibakterijski enzimi

bakterijski enzimibakterijski enzimi

fluorescentno svjetlo

Kad jetra ne proizvodi dovoljno bilirubin UDP-glukuronozil transferaze, fluorescentno svjetlo fotokemijski prevodi bilirubin u topljivi izomer

Novorođenčad katkada pokazuju simptomeslične žutici

Ponavljanje

nekonjugirani bilirubinkonjugirani bilirubin

urobilinogen

urin

bubreg

crijeva

fecesurobilinogen

bakterije

portalnavena

žučnimjehur

hepatocitkonjugacija

konjugirani bilirubin

lučenje

nekonjugirani bilirubin

hepatocit

albumin

bilirubinhemHb

makrofagili

hepatocit

bilirubin se nalazi u narančastom paperju sjemenki bijele rajske ptice

Kod biljaka, bilirubin nastaje razgradnjom klorofila

razgradnjom klorofila i oksidacijom razgradnih produkata nastaju bilirubinu slični žuto-obojeni spojeve odgovorni za boje jesenjeg lišća