Delokalizacja wiązań w cząsteczce hemu B
Hem –
grupa prostetyczna
(niebiałkowa część) wielu
enzymów
. Występuje m.in. w
hemoglobinie
,
mioglobinie
oraz w
cytochromach
.
Część organiczna hemu posiada
strukturę
analogiczną do
porfiryny
. Wiąże ona atom
żelaza
(Fe), przez cztery
wiązania
N
-Fe. Formalnie dwa z nich to
wiązania kowalencyjne
, a dwa
koordynacyjne
, choć w rzeczywistości są one równocenne. W wyniku
delokalizacji wiązań
szkieletu porfirynowego cząsteczka hemu jest całkowicie płaska i silnie
absorbuje
światło widzialne
. W organizmach żywych zidentyfikowano szereg hemów (m.in. hem A, B, C, D, L, M, O, S) różniących się podstawnikami pierścienia porfirynowego.
Funkcje biologiczne
Hem wiąże się z częścią
białkową
enzymów poprzez dwie
grupy karboksylowe
(-COOH). Atom żelaza w hemie jest zdolny do wiązania dwóch
ligandów
(np. z cząsteczką
tlenu
O2), poprzez
wiązania koordynacyjne
, które są skierowane prostopadle do
płaszczyzny
hemu. Gdy do
atomu
żelaza nie są przyłączone żadne dodatkowe cząsteczki, ma on
stopień utlenienia
+2 (Fe2+). Gdy są do niego przyłączone dodatkowe ligandy, może osiągać wyższe stopnie utlenienia (Fe3+).
Hem nadaje białku i
krwi
czerwony
kolor
. Zaburzenia w
biosyntezie
hemu u
człowieka
objawiają się nadmiernym wydalaniem
porfiryn
w
moczu
(
porfirie
).
Biosynteza hemu
Schemat syntezy hemu: 1 –
syntaza ALA
, 2- dehydrataza ALA, 3 – syntaza uroporfirynogenowa (UPG I), 4 – kosyntaza uroporfirynogenowa III (UPG III), 5 – dekarboksylaza uroporfirynogenowa, 6 – oksydaza uroporfirynogenowa, 7 – oksydaza protoporfirynogenowa, 8 – ferrochelataza.
Katabolizm hemu
Część białkowa
hemoglobiny
rozpada się do wolnych
aminokwasów
. W komórkach układu siateczkowo-śródbłonkowego Fe2+ jest utleniane do Fe3+ i przechodzi do puli ogólnej żelaza w organizmie a z pozostałej części porfirynowej hemu odszczepiony zostaje mostek α-metinowy w postaci
CO
i powstaje
biliwerdyna
(zielony barwnik). Po redukcji biliwerdyna daje czerwono-pomarańczową
bilirubinę
. Ta przenika do krwi, gdzie zostaje sprzęgnięta z
osoczową
albuminą
tworząc nierozpuszczalną w wodzie bilirubinę pośrednią (wolną). W wątrobie kompleks ten rozpada się i bilirubina sprzęgana jest głównie z glukuronianem (75%) tworząc diglukuronid bilirubiny, w mniejszej ilości z siarczanem (15%) lub adenozynometioniną (10%) a pozostała część z
glicyną
lub
tauryną
- wszystkie te pochodne noszą nazwę bilirubiny bezpośredniej (związanej) i w zdrowej wątrobie stanowią 100% bilirubiny. Bilirubina związana wydalana jest z żółcią do jelita, gdzie pod wpływem enzymów bakteryjnych glukuronian jest odszczepiany a bilirubina redukowana do bezbarwnego
urobilinogenu
. Część urobilinogenu jest zwrotnie wchłaniana w jelicie krętym i jelicie grubym, z krwią wędruje do nerek i wydalana jest z moczem, przekształcając się na powietrzu w żółtą urobilinę. Większość urobilinogenu jest jednak utleniana przez bakterie jelitowe do brązowej sterkobiliny i wydalana z kałem.
Bibliografia
- Lubert Stryer, Biochemia, PWN, Warszawa 2003, str. 154, (Wyd. 2 popr.)
ISBN 83-01-13978-1
- Franciszek Kokot, Stefan Kokot: Badania laboratoryjne : zakres norm i interpretacja. Warszawa: Wydawnictwo Lekarskie PZWL, 2005. .