การสังเคราะห์ฮีโมโกลบิน

การสังเคราะห์ฮีโมโกลบิน ประกอบด้วยการสังเคราะห์ฮีมและการสังเคราะห์โกลบิน ในที่สุดกลุ่มฮีมเทียมซึ่งแต่ละอันมีสี่โกลบินจะเชื่อมโยงกับฮีโมโกลบินที่มีโปรตีนเชิงซ้อนที่มีธาตุเหล็ก การรบกวนทั้งการสังเคราะห์ฮีมและการสังเคราะห์โกลบินอาจนำไปสู่ปัญหาสุขภาพที่รุนแรง

การสังเคราะห์เฮโมโกลบินคืออะไร?

เพื่อให้เข้าใจถึงการสังเคราะห์ฮีโมโกลบินจำเป็นต้องมีความรู้เกี่ยวกับโครงสร้างของฮีโมโกลบินก่อน เฮโมโกลบินเป็นโปรตีนเชิงซ้อนที่มีธาตุเหล็กซึ่งประกอบด้วยหน่วยย่อยของโกลบิน 4 หน่วยแต่ละหน่วยมีกลุ่มฮีมเทียม

ในฮีโมโกลบินในผู้ใหญ่ของมนุษย์มีอัลฟ่าโกลบินที่เหมือนกันสองตัวและเบต้าโกลบินที่เหมือนกันสองตัวเป็นหน่วยย่อย แต่ละหน่วยย่อยเหล่านี้ถูกผูกไว้กับกลุ่มฮีมเทียมซึ่งประกอบด้วยคอมเพล็กซ์ porphyrin iron (II) ดังนั้นฮีโมโกลบินคอมเพล็กซ์จึงมีกลุ่มฮีมสี่กลุ่ม

ขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อมทางเคมีแต่ละกลุ่มฮีมสามารถผูกโมเลกุลออกซิเจนกับไอออนของเหล็กในลักษณะที่ซับซ้อนได้ ขึ้นอยู่กับจำนวนกลุ่ม heme ที่เต็มไปด้วยออกซิเจนหนึ่งพูดถึง oxyhemoglobin (ออกซิเจนสูง) หรือ deoxyhemoglobin (ออกซิเจนต่ำ)

ไอออนของเหล็กตั้งอยู่ตรงกลางของวงแหวนพอร์ไฟริน ที่ด้านข้างมีพันธะที่ซับซ้อนกับกากฮิสติดีนของโกลบิน ในทางกลับกันขึ้นอยู่กับสถานะพลังงานของไอออนของเหล็กโมเลกุลของออกซิเจนสามารถถูกผูกไว้ในเชิงซ้อนได้ สถานะพลังงานได้รับอิทธิพลจากสภาวะทางกายภาพและทางเคมีภายนอกเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของโกลบิน

ฟังก์ชันและงาน

ขั้นตอนสุดท้ายในการสังเคราะห์ฮีโมโกลบินประกอบด้วยการประกอบกลุ่มฮีมเทียมกับหน่วยโกลบินสี่หน่วยเพื่อสร้างโปรตีนคอมเพล็กซ์ที่มีธาตุเหล็ก ส่วนประกอบแต่ละชิ้นเกิดขึ้นจากวิถีการสังเคราะห์ทางชีวภาพที่เป็นอิสระ

วัสดุเริ่มต้นสำหรับวงแหวนพอร์ไฟรินของกลุ่มฮีมคือกรดอะมิโนไกลซีนและซัคซินิล - โคเอ Succinyl-CoA ประกอบด้วยโคเอนไซม์เอและกรดซัคซินิก กรดซัคซินิกเป็นผลิตภัณฑ์ขั้นกลางในการสลายตัวของคีโตนที่อุดมด้วยพลังงานซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของการเผาผลาญพลังงาน ด้วยความช่วยเหลือของเอนไซม์เดลต้าอะมิโนเลวูลินิกแอซิดซินเทสกรดเดลต้าอะมิโนเลวูลินิกจะถูกสังเคราะห์จากซัคซินิลโคเอและไกลซีน กรดเดลต้า - อะมิโนเลวูลินิกสองโมเลกุลควบแน่นด้วยการกำจัดน้ำหนึ่งโมเลกุลเพื่อสร้างพอร์โฟบิลิโนเจนอนุพันธ์ของไพโรเล ด้วยการกำจัดแอมโมเนียและด้วยความช่วยเหลือของเอนไซม์ uroporphyrinogen-I synthetase โมเลกุลสี่โมเลกุลของ porphobiliogen จะทำปฏิกิริยาเพื่อสร้าง hydroxymethylbilane สิ่งนี้ถูกเปลี่ยนเป็น uroporphyrinogen III ด้วยการสร้างวงแหวน

โปรโตพอร์ไฟรินผลิตผ่านเอนไซม์ดีคาร์บอกซิเลชันและการคายน้ำในไมโทคอนเดรีย ด้วยเอนไซม์ ferrochelatase ไอออนของเหล็ก (II) จะรวมอยู่ในโมเลกุลนี้พร้อมกับการสร้างฮีม ในไซโตซอลของเซลล์ฮีมจะเชื่อมโยงกับโปรตีนโกลบินเพื่อสร้างฮีโมโกลบินที่มีโปรตีนเชิงซ้อนที่มีธาตุเหล็ก

การสังเคราะห์โกลบินแต่ละตัวเกิดขึ้นผ่านการสังเคราะห์โปรตีนตามปกติ ดังที่ได้กล่าวไปแล้วฮีโมโกลบินคอมเพล็กซ์สำหรับผู้ใหญ่มีหน่วยย่อยของอัลฟ่าและเบต้าสองหน่วยที่เหมือนกัน เนื่องจากโครงสร้างที่ซับซ้อนฮีโมโกลบินสำเร็จรูปได้พัฒนาความสามารถในการขนส่งออกซิเจนและส่งไปยังเซลล์ทั้งหมดของสิ่งมีชีวิต

อย่างไรก็ตามการจับเหล็กกลางกับออกซิเจนนั้นไม่แน่นมากและได้รับอิทธิพลจากปัจจัยทางเคมีและกายภาพภายนอกได้ง่ายมาก ทำให้ฮีโมโกลบินดูดซับและปล่อยออกซิเจนได้อย่างรวดเร็ว ปริมาณออกซิเจนของฮีโมโกลบินขึ้นอยู่กับปัจจัย pH คาร์บอนไดออกไซด์หรือออกซิเจนความดันหรืออุณหภูมิบางส่วน ตัวแปรที่มีอิทธิพลเหล่านี้เปลี่ยนไปตัวอย่างเช่นความสอดคล้องของโกลบินเพื่อให้พันธะออกซิเจนสามารถเสริมสร้างหรืออ่อนแอลงได้จากการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในสภาวะที่มีพลังและเป็นรูปเป็นร่าง

ด้วยค่า pH ที่ต่ำและความดันบางส่วนของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์สูงพันธะออกซิเจนกับไอออนของเหล็ก (II) จึงอ่อนลงดังนั้นจึงนิยมปล่อยออกซิเจน ภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้การหมุนเวียนของการเผาผลาญที่ดีขึ้นจะเกิดขึ้นซึ่งมีความต้องการออกซิเจนเพิ่มขึ้นด้วย ดังนั้นระบบขนส่งออกซิเจนจึงประสานกับความต้องการทางกายภาพอย่างเหมาะสมที่สุดผ่านทางฟังก์ชันฮีโมโกลบิน

ความเจ็บป่วยและความเจ็บป่วย

การรบกวนในการสังเคราะห์ฮีโมโกลบินอาจนำไปสู่โรคต่างๆ มีโรคทางพันธุกรรมจำนวนมากที่ขึ้นอยู่กับการหยุดชะงักของการสังเคราะห์ฮีม ในกระบวนการนี้สารตั้งต้นของฮีมจะสะสมในร่างกายซึ่งนำไปสู่ความไวต่อแสงมาก ใน porphyrias ที่เรียกว่า porphyrins จะถูกเก็บไว้ในเส้นเลือดหรือแม้แต่ตับ เมื่อโดนแสงพอร์ไฟเรียบางรูปแบบจะเก็บพลังงานรังสีได้มากกว่า เมื่อพลังงานถูกปล่อยออกมาอนุมูลออกซิเจนจะถูกสร้างขึ้นซึ่งจะทำร้ายและทำลายเนื้อเยื่อที่สัมผัส สิ่งนี้นำไปสู่อาการคันและปวดแสบปวดร้อนอย่างรุนแรง

porphyry มีเจ็ดรูปแบบ การสร้างฮีมเป็นกระบวนการแปดขั้นตอนที่มีเอนไซม์ 7 ชนิดเข้ามาเกี่ยวข้อง หากเอนไซม์ทำงานได้ไม่เพียงพอสารตั้งต้นที่เกี่ยวข้องจะถูกเก็บไว้ที่จุดนี้ในการสังเคราะห์ฮีม จากอาการ porphyrias แบ่งออกเป็นสองกลุ่มหลัก porphyrias ผิวหนังที่เรียกว่ามีลักษณะความไวต่อแสงที่เจ็บปวดใน porphyrias ในตับการมีส่วนร่วมของตับจะมีอาการปวดท้องคลื่นไส้และอาเจียนอย่างรุนแรง อย่างไรก็ตามในหลาย ๆ กรณีมีการทับซ้อนกันระหว่างสองอาการที่ซับซ้อน

Porphyrias มักแสดงอาการไม่ต่อเนื่องพร้อมกับการโจมตีเฉียบพลัน ขึ้นอยู่กับชนิดของ porphyria สิ่งเหล่านี้แสดงออกมาในปฏิกิริยาทางผิวหนังที่เจ็บปวดอย่างกะทันหันปวดท้องคล้ายจุกเสียดคลื่นไส้ / อาเจียนปัสสาวะเป็นสีแดงชักอาการขาดดุลทางระบบประสาทหรือแม้แต่โรคจิต

ความผิดปกติอื่น ๆ ของการสังเคราะห์ฮีโมโกลบินเกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์โมเลกุลของโกลบินผิดพลาดผ่านการกลายพันธุ์ในยีนที่เกี่ยวข้อง ตัวอย่างที่เรียกว่าโรคโลหิตจางชนิดเคียวหรือธาลัสซีเมีย ในโรคโลหิตจางชนิดเคียวโปรตีนของหน่วยย่อยเบต้าโกลบินจะได้รับการดัดแปลงทางพันธุกรรม ในตำแหน่งที่หกของโปรตีนนี้กรดอะมิโนกลูตามิกถูกแทนที่ด้วยวาลีน หากขาดออกซิเจนฮีโมโกลบินที่เกี่ยวข้องจะกลายเป็นรูปเคียวเกาะกันเป็นก้อนและอุดตันเส้นเลือดเล็ก ๆ ส่งผลให้เกิดความผิดปกติของระบบไหลเวียนโลหิตที่คุกคามชีวิต Thalassemias เป็นกลุ่มของความผิดปกติของฮีโมโกลบินที่แตกต่างกันซึ่งนำไปสู่การลดการสร้างห่วงโซ่โกลบินของอัลฟาหรือเบต้าโกลบิน ภาวะโลหิตจางรุนแรงเป็นอาการที่สำคัญที่สุด