Hem
Heme grubu ( Yunanca αἷμα "kan" dan ) çeşitli proteinlerin bir parçası olan prostetik bir gruptur , aralarında hemoglobin öne çıkar , bir Fe iyonundan oluşur2+
( demirli ) metilen köprüleri vasıtasıyla birbirine bağlanan dört pirrolik gruptan oluşan, porfirin adı verilen büyük bir organik heterosiklin merkezinde yer alır . Tüm porfirinler demir içermez, ancak porfirin çekirdeğini içeren metalloproteinlerin önemli bir kısmı prostetik grup olarak heme sahiptir; bu proteinler hemoproteinler olarak bilinir . Hem grubu öncelikle kanın kırmızı pigmenti olan hemoglobinin bir parçası olarak bilinir, fakat aynı zamanda miyoglobin , sitokromlar , katalaz ve endotelyal nitrik oksit sentaz gibi biyolojik olarak önemli diğer hemoproteinlerde de bulunur .
işlev
Heme proteinleri , iki atomlu gaz taşınımı, kimyasal kataliz ve iki atomlu gaz algılama ve elektron aktarımı dahil olmak üzere çeşitli biyolojik işlevlere sahiptir . Hem iyonu , elektron transferleri veya redoks reaksiyonları sırasında bir elektron kaynağı veya havuzu görevi görür . Peroksidaz reaksiyonlarında , porfirin molekülü ayrıca bir elektron kaynağı görevi görür . İki atomlu gazların taşınmasında veya tespitinde gaz, hem iyonuna bağlanır. İki atomlu gazların tespiti sırasında, ligand gazının hem grubuna bağlanması, çevreleyen proteinde konformasyonel değişikliklere neden olur.
Hemoproteinlerin orijinal evrimsel işlevinin, moleküler oksijen ortaya çıkmadan önce atalara ait siyanobakteri benzeri organizmalar tarafından gerçekleştirilen kükürt bileşiklerine dayanan ilkel fotosentezde elektron transferi olduğu tahmin edilmektedir . [ 1 ]
Heme proteinleri , protein matrisi içindeki hem makrosiklinin yakın çevresini değiştirerek dikkate değer fonksiyonel çeşitliliklerini elde etmişlerdir . Örneğin, hemoglobinin dokulara etkili bir şekilde oksijen verme yeteneği, molekülün hem grubu yakınında bulunan spesifik amino asit kalıntılarından kaynaklanmaktadır. Hemoglobin, pH'ın yüksek ve pCO2'nin yüksek olduğu pulmoner vaskülatürde oksijeni bağlar.
ikidüşüktür ve durumun tersine döndüğü dokularda serbest bırakır. Bu fenomen Bohr etkisi olarak bilinir . Bu etkinin arkasındaki moleküler mekanizma, globin zincirinin sterik organizasyonudur; hem grubuna bitişik bulunan bir histidin tortusu , pH asidik hale geldiğinde (ki bu, karbon dioksitin yüksek metabolik hıza sahip dokularda çözünmesinin neden olduğu) pozitif olarak yüklenir ve hem grubundan oksijeni sterik olarak serbest bırakır.
Kimyasal yapı
Hem grubu demir ve bir porfirin halkası içerir ; bir siklik tetrapirole karşılık gelen bu makrosikl, metin köprüleri (=CH-) veya bazen yanlış adlandırılan metilen (= CH ) ile bağlanan 4 pirol halkasından oluşur.
iki), bu halkanın merkezinde, porfirin halkasının
azotlarının dört çift paylaşılmamış elektronuyla tetrakoordinasyona sahip demir (II) atomu bulunur.
Türler
Binbaşı biz
Biyolojik olarak önemli hem gruplarının birkaç türü vardır:
| Hem A | Hem B | Hem C | Hem O | ||
|---|---|---|---|---|---|
| PubChem Numarası | 7888115 | 444098 | 444125 | 6323367 | |
| Kimyasal formül | C 49H 56HERHANGİ BİRİ 6N 4İnanç |
C 3. 4H 32HERHANGİ BİRİ 4N 4İnanç |
C 3. 4H 36HERHANGİ BİRİ 4N 4evet ikiİnanç |
C 49H 58HERHANGİ BİRİ 5N 4İnanç | |
| C'deki fonksiyonel grup 3 |
-CH(OH) -CH iki-Uzak _ |
-CH= CH iki |
-CH( sistein- S - il ) -CH 3 |
-CH(OH) -CH iki-Uzak _ | |
| C'deki fonksiyonel grup 8 |
-CH= CH iki |
-CH= CH iki |
-CH( sistein- S - il ) -CH 3 |
-CH= CH iki | |
| C'deki fonksiyonel grup 18 |
-CH=O | -CH _ 3 |
-CH _ 3 |
-CH _ 3 | |
Doğada en yaygın olan Heme türü Heme B'dir ; diğer önemli türleri Heme A ve Heme C'dir. İzole heme grupları genellikle büyük harflerle gösterilirken, proteine bağlı heme grupları küçük harflerle gösterilir. Sitokrom a, sitokrom c oksidazın bir bölümünü oluşturmak için bir zar proteini ile spesifik kombinasyon halinde hem A grubunu belirtir .
Sahip olduğumuz diğerleri
- Not : Aşağıda kullanılan karbon numaralandırma sistemi, yukarıdaki tabloda gösterilen IUPAC tarafından önerilen 1-24 sistemi değil, biyokimyacılar tarafından kullanılan eski sistemdir.
- Hemo I , laktoperoksidaz , eozinofil peroksidaz ve tiroid peroksidazda proteine kovalent olarak bağlı bulunan Hemo B'nin bir türevidir . Laktoperoksidazın glutamil -375 ve aspartil -225 kalıntıları ile peroksitin eklenmesi, bu amino asitler ile hem grubunun sırasıyla 1 ve 5 metil grupları arasında ester bağları oluşturur. [ 4 ] Eozinofil ve tiroid peroksidazlarında bu iki metil grubu ile benzer ester bağlarının oluştuğu düşünülmektedir . Hemol grubu, hayvan peroksidazlarının önemli bir özelliğidir; bitki peroksidazları Heme B'yi içerir. Laktoperoksidaz ve eozinofil peroksidaz , vücudun diğer istilacı organizmalara karşı savunma mekanizmasının bir parçası olan koruyucu enzimlerdir . Tiroid peroksidaz, önemli tiroid hormonlarının biyosentezini katalize eden enzimdir . Laktoperoksidaz, akciğerlerdeki ve dışkıdaki istilacı organizmaları yok ettiğinden, önemli bir koruyucu rol oynadığı düşünülmektedir.
- Hemo m , miyeloperoksidazın aktif bölgesine kovalent olarak bağlı Hemo B'nin bir türevidir . Hemo m , diğer memeli peroksidazlarında bulunan Hemol gibi 1 ve 5 metil pozisyonlarında iki ester bağı içerir. Ek olarak, bir amino asit kalıntısının sülfürü ile C2'deki vinil grubu arasında bağlanan tek bir sülfonyum iyonu vardır, bu enzime klorür ve bromür iyonlarını kolayca oksitleme , hipoklorit ve hipobromit oluşturma, çok yüksek iki bileşik oluşturma yeteneği verir. Mikrobisit kapasitesi. Miyeloperoksidaz hayvan nötrofillerinde bulunur ve bakteri ve virüslerin yok edilmesinden sorumludur. Mutajenik bir bileşik olduğu için hipobromiti neredeyse "yanlışlıkla" sentezler , ancak dokularda bulunan bromür iyonlarının miktarı çok düşüktür.
- Heme D , Heme B'nin başka bir türevidir, ancak burada C6'daki yan zincir propiyonik asit de hidroksillenir, bir y-spirolakton halkası oluşturur . Halka III ayrıca yeni lakton grubuna bir trans konformasyonda 5 konumunda hidroksillenir. [ 5 ] Heme D, düşük oksijen geriliminde çalışan birçok bakteri türünde oksijenin suya indirgendiği yerdir.
- Heme S , 2-vinil grubu yerine 2. pozisyonda bir formil grubunun mevcudiyeti ile Heme B ile ilişkilidir . Heme S, deniz solucanlarının hemoglobininde bulunur. Heme B ve S'nin doğru yapısı ilk olarak Alman kimyager Hans Fischer tarafından açıklanmıştır .
Sitokrom adları tipik olarak (ancak her zaman değil) içerdikleri hem grubu türünü yansıtır, örneğin sitokrom a , Heme A içerir , sitokrom c , Heme C içerir , vb.
Sentez
Tüm ara ürünler tetrapiroller olduğundan ve kimyasal olarak porfirinler olarak sınıflandırıldığından, hem üretimine yol açan enzimatik sürece uygun şekilde porfirinosentez denir.
Süreç, tüm canlılarda yüksek oranda korunur. İnsanlarda bu metabolik yol neredeyse sadece hem sentezine hizmet eder. Diğer türlerde de kobalamin gibi benzer maddeler üretir .
Yol, amino asit glisin'den δ-aminolevulinik asit (dALA veya δALA) ve sitrik asit döngüsünden süksinil-CoA'nın sentezi ile başlar . Bu reaksiyondaki hız sınırlayıcı enzim olan ALA sentaz , glikoz ve hem konsantrasyonu tarafından negatif olarak düzenlenir . ALA'ların hem veya hemin tarafından inhibisyon mekanizmaları, mRNA sentezinin stabilitesinin azalması ve mRNA'nın mitokondriye dahil edilmesinin azalması yoluyla meydana gelir. Bu mekanizmanın terapötik önemi vardır, heme arginat veya hematin ve glukoz infüzyonu, bu süreçte doğuştan metabolizma hatası olan hastalarda akut aralıklı porfiri ataklarını durdurabilir. Ve ALA sentazın transkripsiyonunu azaltarak çalışır. [ 6 ]
Tüm hücreler düzgün çalışması için heme ihtiyaç duysa da, hem sentezinde esas olarak yer alan organlar karaciğerdir (vücudun genel hem içeriğine bağlı olarak hem sentezi oldukça değişkendir) ve kemik iliğidir (hem üretiminin oranı nispeten sabittir ve globin zincirinin üretimine bağlıdır). Heme, bilirubin üretimine yol açan hemoglobin katabolizmasında bir ara molekül olarak görülebilir . Hem sentezinde yer alan çeşitli enzimlerdeki kusurlar, porfiri adı verilen ve akut aralıklı porfiri , konjenital eritropoietik porfiri , porfiri kutanea tarda , kalıtsal koproporfiri , alacalı porfiri ve eritropoietik gibi bir grup hastalığa yol açabilir .
Bozulma
Heme yıkımı , yaşlanmış eritrositleri dolaşımdan uzaklaştıran dalak makrofajlarında başlar. İlk adımda, hem grubu, heme oksijenaz (HMOX) enzimi tarafından biliverdine dönüştürülür. İndirgeyici ajan olarak NADPH kullanılır , reaksiyona oksijen verilir ve karbon monoksit (CO) salınır, molekülden salınan demir ise ferrik iyon ( 3+ ) şeklindedir. Karbon monoksit, hücresel bir haberci görevi görür ve vazodilatasyonda bir rolü vardır.
Ek olarak, hem bozulması, oksidatif strese karşı evrimsel olarak yüksek oranda korunmuş bir yanıt gibi görünmektedir. Kısaca, bir hücre serbest radikallere maruz kaldığında , strese duyarlı bir hem oksijenaz olan HMOX1 ekspresyonunun hızlı bir indüksiyonu vardır. Bu izoenzim hem gruplarını katabolize eder. Hücrelerin oksidatif strese yanıt olarak hemi parçalama yeteneklerini katlanarak artırmalarının nedeni belirsizliğini koruyor, ancak serbest heme'nin zararlı etkilerini sınırlayan sitoprotektif bir yanıtın parçası gibi görünüyor.
HMOX1/2
heme -------------- biliverdin + Fe3+
/ \
H+
+ NADPH NADP+
HERHANGİ BİRİ
iki CO
İkinci reaksiyonda, biliverdin, biliverdin redüktazın (BVR) etkisiyle bilirubine dönüştürülür:
BVR
biliverdin ----------- bilirubin
/ \
H+
+ NADPH NADP+
Bilirubin, proteine ( serum albümini ) bağlı olarak karaciğere taşınır ve burada glukuronik asit ile konjuge edilerek suda daha fazla çözünür hale gelir. Reaksiyon, UDP-glukuronid transferaz (UDPGUTF) enzimi tarafından katalize edilir.
UDPGUTF
bilirubin + 2 UDP-glukuronat ------------ bilirubin diglukuronid
\
2 UMP + 2 Pi
Bu bilirubin formu karaciğerden safra yoluyla atılır . Bilirubinin safra kanaliküllerine fazlalığı aktif, enerjiye bağımlı ve sınırlayıcı bir süreçtir. Bağırsak florası , bilirubini ürobilinojenlere dönüştürerek bilirubin diglukuronidi dekonjuge eder . Bu ürobilinojenin bir kısmı bağırsakta geri emilir ve ürobilinojenin oksidasyonunun bir ürünü olan ürobilin formunda böbrekler tarafından idrarla atılana kadar kanda dolaşır ve ürobilinojene sarı rengi veren şeydir. idrar. Kalan ürobilinojen, sterkobilinojene dönüştürüldüğü sindirim sisteminden aşağı doğru hareket eder . Bu, dışkının koyu renginden sorumlu olan stercobiline oksitlenir .
Sağlık ve hastalıkta hem grubu
Homeostaz koşulları altında, hemoproteinlerin "hem ceplerine" yerleştirildiği için hem grubunun reaktivitesi kontrol altındadır. Bununla birlikte, oksidatif stres koşulları altında, hemoglobin gibi bazı hemoproteinler, prostetik gruplarını serbest bırakabilir. [ 7 ] [ 8 ] Bu şekilde üretilen protein olmayan (serbest) heme, büyük olasılıkla serbest maddelerin üretimini katalize etmek için bir Fenton reaktifi görevi gören protoporfirin IX halkası içinde bulunan demir atomu nedeniyle oldukça toksiktir. radikaller . [ kaynak belirtilmeli ] Serbest heme'nin bu özelliği, proinflamatuar agonistlere yanıt olarak programlanmış hücre ölümüne girmek için çeşitli hücreleri hassaslaştırabilir; bu, sıtma gibi belirli inflamatuar hastalıkların patogenezinde önemli bir rol oynayan zararlı bir etkidir . [ 9 ] ve sepsis . [ 10 ]
Genler
Aşağıdaki genler, hem sentezi metabolik yolunun bir parçasıdır:
- ALAD : aminolevulinik asit, delta-, dehidrataz (eksikliği ALA-dehidrataz eksikliği porfiriye neden olur) [ 11 ]
- ALAS1 : aminolevulinat, delta-, sentaz 1
- ALAS2 : aminolevulinat, delta-, sentaz 2 ((eksikliği sideroblastik/hipokromik anemiye neden olur)
- CPOX : koproporfirinojen oksidaz ((eksikliği kalıtsal koproporfiriye neden olur) [ 12 ]
- FECH : ferroşelataz eksikliğine bağlı protoporfiri
- HMBS : hidroksimetilbilan sentaz ((eksikliği akut aralıklı porfiriye neden olur) [ 13 ]
- PPOX : protoporfirinojen oksidaz ((eksikliği porfiri variegataya neden olur) [ 14 ]
- UROD : üroporfirinojen dekarboksilaz ((eksikliği porfiri kutanea tardaya neden olur) [ 15 ]
- UROS : uroporfirinojen III sentaz (eksikliği doğuştan eritropoietik porfiriye neden olur)
Ayrıca
Referanslar
- ^ Hardison, R. (1999). "Hemoglobinin Evrimi: Çok eski bir proteinin çalışmaları, gen düzenlemesindeki değişikliklerin evrimsel hikayenin önemli bir parçası olduğunu gösteriyor". Amerikalı Bilim Adamı 87 (2): 126.
- ↑ Caughey, Winslow S., "ve diğerleri." (1975). "Sitokrom c Oksidaz'ın Heme A YAPISI VE ÖZELLİKLERİ: HEMES B, C, VE S VE TÜREVLERİ İLE KARŞILAŞTIRMALAR". J. Biol Chem 250 (19): 7602-7622. PMID 170266 .
- ↑ Hegg, Eric L., et al. (2004). "Heme A Sentazı, Moleküler Oksijeni Heme A'nın Formil Grubuna Dahil Etmez". Biyokimya 43 (27): 8616-8624. PMID 15236569 . doi : 10.1021/bi049056m .
- ↑ Rae TD; Goff H.M. (1998). Laktoperoksidazın hem prostetik grubu. Heme l ve heme l-peptidlerin yapısal özellikleri». J. Biol Chem 273 (43): 27968-77. PMID 9774411 .
- ↑ Murshudov GN, Grebenko AI, Barynin V, Dauter Z, Wilson KS, Vainshtein BK, Melik-Adamyan W, Bravo J, Ferrán JM, Ferrer JC, Switala J, Loewen PC, Fita I (1996). "Penicillium vitale ve Escherichia coli katalazlarının heme d yapısı". J. Biol Chem 271 (15): 8863-8. PMID 8621527 .
- ↑ http://escholarship.umassmed.edu/gsbs_diss/121/
- ↑ Bunn HF, Jandl JH. (1966). "Hemoglobin molekülleri arasında hem değişimi." Proc Natl Acad Sci USA 56 (3): 974-8. PMID 5230192 .
- ^ Smith ML, Paul J, Ohlsson PI, Hjortsberg K, Paul KG. (1991). Denatüre edici olmayan koşullar altında hem-protein fisyon. Proc Natl Acad Sci USA 88 (3): 882-6. PMID 1846966 .
- ^ Pamplona A, Ferreira A, Balla J, Jeney V, Balla G, Epiphanio S, Chora A, Rodrigues CD, Gregoire IP, Cunha-Rodrigues M, Portekiz S, Soares MP, Mota MM. (Haziran 2007). "Heme oksijenaz-1 ve karbon monoksit, deneysel serebral sıtmanın patogenezini baskılıyor." Doğa Tıbbı 13 (6): 703-710. PMID 17496899 . doi : 10.1038/nm1586 .
- ↑ Larsen, Rasmus; Gozzelino, Raffaella; Jeney, Viktoria; Tokaji, Laszlo; Bozza, Fernando A.; Japiassu, André M.; Bonaparte, Dolores; Cavalcante, Moises Marinho; Chora, Angelo; Ferreira, Ana; Marguti, İvo; Cardoso, Silvia; Sepulveda, Nuno; Smith, Anne; Soares, Miguel P. (29 Eylül 2010). "Şiddetli sepsis patogenezinde serbest heme için merkezi bir rol" . Bilim Çeviri Tıbbı 2 (51): 51ra71. ISSN 1946-6242 . PMID 20881280 . doi : 10.1126/scitranslmed.3001118 . Erişim tarihi: 8 Ağustos 2016 .
- ↑ Plewinska, Magdalena; Thunell, Stig; Holmberg, Lars; Wetmur, James; Desnick, Robert (1991). "Delta-Aminolevulinate dehidrataz eksik porfiri: ciddi şekilde etkilenmiş bir homozigotta moleküler lezyonların tanımlanması". Amerikan İnsan Genetiği Dergisi (49): 167-174.
- ↑ Aurizi, C; Lupia Palmieri, G; Barbieri, L; Macri, A; Sorge, F; Usay, G; Biolçatı, G (Şubat 2009). "Koproporfirinojen III oksidaz geninin dört yeni mutasyonu". Hücresel ve Moleküler Biyoloji 55 (1): 8-15.
- ↑ Busstad, HJ; Vorland, M; Ronneseth, E; Sandberg, S; Martinez, A; Toska, K. (8 Ağustos 2013). «Akut aralıklı porfiri ile farklı fenotipik ilişkiye sahip iki hidroksimetilbilan sentaz mutantının, K132N ve V215E'nin konformasyonel stabilitesi ve aktivite analizi». Biyolojik Bilim Raporları 33 (4). doi : 10.1042/BSR20130045 .
- ^ Martinez di Montemuros, F; DiPierro, E; Patty, E; Tavazzi, D; Danielli, M.G.; Biolçatı, G; Rocchi, E; Capllini, M.D. (Aralık 2002). İtalya'da porfirilerin moleküler karakterizasyonu: bir tanı akış şeması 48 (8). s. 867-876.
- ↑ Badenas, C; To-Figueras, J; Phillips, J.D.; Warby, CA; Munoz, C; Demirci, C (Nisan 2009). Çok sayıda porfiri kutanea tarda hastası ve akrabasında yeni üroporfirinojen dekarboksilaz gen mutasyonlarının tanımlanması ve karakterizasyonu. Klinik Genetik 75 (4): 346-353. doi : 10.1111/j.1399-0004.2009.01153.x .
Dış bağlantılar
Wikimedia Commons , heme grubunda bir medya kategorisine sahiptir .