78. Метаболізм порфіринів: будова гему; схема реакцій біосинтезу протопорфірину IX та гему

Порфирины – циклические соединения, образованые 4 пиррольными кольцами, связаными между собой метенильными мостиками. Порфирины способны образовывать комплексы с ионами металов. Металопорфирины – простетические группы гемпротеинов:

• Гемоглобин

• Миоглобин

• Цитохромы

• Ферменты: каталаза, пероксидаза, триптофанпиролаза

Порфірини - сполуки циклічної будови, основою структури яких є ароматична гетероциклічна система - порфін. Порфін, у свою чергу, є тетрапіролом, який утворюється при сполученні між собою метенільними (--СН=) містками чотирьох кілець азотистого гетероциклу піролу. Метаболічні попередники порфіринів мають назву порфіриногенів (уропорфіриногени, копропорфіриногени тощо). На відміну від порфіринів, порфіриногени не містять спряжених метенільних структур (в їх молекулах піроли сполучені насиченими метиленовими (-СН2-) містками); вони є безбарвними сполуками і перетворюються на забарвлені порфірини при ферментативному або неферментативному (під дією кисню повітря) окисленні.

Этапы синтеза гема

1)Взаимодействие глицина из сукцинил-КоА с образованием α-амино-β-кетоадипиновой кислоты

 2)Декарбоксилирование α-амино-β-кет оадипиновой кислоты с образованием δ-аминолевуленовой кислоты (ДАЛК)

фермент дельта-амінолевулінатсинтазою (ДАЛК-синтаза) ДАЛК-синтаза є ПАЛФ-вмісним ферментом, що локалізований у мітохондріях та ендоплазматичному ретикулумі, в найбільшій кількості - у клітинах печінки

3) Взаимодействие двух молекул δ -аминолевуленовой кислоты в реакции дегидратации с образованием порфобилиногена

4. Синтез тетрапірольних структур. Конденсація чотирьох порфобіліногенових одиниць призводить до утворення різних типів порфіринів:

4.1. Синтез із чотирьох молекул порфобіліногену уропорфіриногену ііі:

Реакція ферменту відбувається за участю двох білків

1)ферменту уропорфіриногенсинтази (порфобіліногендезамінази)

2)Білка уропорфіриноген ііі-косинтази.

Каталітична дія ферменту уропорфіриноген-синтази у відсутності косинтази призводить до утворення нефізіологічного ізомерного порфірину уропорфіриногену 1

4.2. Перетворення уропорфіриногену ІІІ на копропорфіриноген ІІІ. Механізм реакції полягає у декарбоксилуванні бічних ацетатних ланцюгів (фермент уропорфіриноген-декарбоксилаза).

4.3. Перетворення копропорфіриногену ІІІ на протопорфіриноген ІІІ та протопорфірин ІІІ (ІХ) - за номенклатурою Фішера. Процес включає в себе окислювальне декарбоксилування бічних ланцюгів та окислення метиленових мостиків і каталізується специфічними оксидазами мітохондрій - копропорфіриногеноксидазою та протопорфіриногеноксидазою

Включення в молекулу протопорфірину ІХ атома двовалентного заліза, що каталізується ферментом ферохелатазою (гем-синтазою) мітохондрій, завершує синтез гему ( протогему ІХ). Сполучення гему з білком глобіном призводить до утворення гемоглобіну.

Джерелом іонів заліза гему є залізовмісний тканинний білок феритин,

Регуляція синтезу порфіринів здійснюється на рівні ДАЛК-синтази за механізмом негативного зворотного зв'язку таким чином, що в умовах накопичення гему його власний біосинтез гальмується. Кінцевий продукт біосинтетичного шляху - гем - править за корепресор, що разом із білком апорепресором утворює негативний мо­дулятор, який протидіє трансляції в рибосомах мРНК для ДАЛК-синтази, призводячи до блокування синтезу ферменту.