Вопрос 9. Реакции синтеза гема, регуляция синтеза.

Гем является простетической группой гемоглобина, миоглобина, цитохромов, каталазы и пероксифазы.

Гем синтезируется во всех клетках, но наиболее активно синтез идет в печени и костном мозге, так как в этих тканях идет синтез гемоглобина и цитохромов. Гем в эритроцитах начинает синтезироваться уже на стадии полихроматофильных эритробластов. Клетки делится, постепенно накапливают гемоглобин, их цитоплазма становится оксифильной – это ацирофильные эритробласты. Синтез гема заканчивается только в зрелых эритроцитах (нет митохондрий).

Для синтеза гема необходимо два исходных реагента: глицин и сукцинил – КоА. Эти вещества необходимы для синтеза  - аминолевулиновой кислоты ( - ALA). Реакция катализируется пиридоксальфосфатзависимым ферментам ALA – синтазой, которая локализуется в митохондриях.

Далее процесс перемещается в цитоплазму, так как следующий фермент синтеза гема – ALA – дегидротаза, локализован именно там. ALA – дегидротаза – Zn- содержащий фермент. Этот фермент катализирует реакцию конденсации двух молекул ALA с образованием пиррола – порфобилинагена (ПБГ).

Остальные стадии биосинтеза гема включают в себя соединение 4 молекул ПБГ в единую структуру, модификацию групп боковых цепей и образование хелатных комплексов с двух валентным атомом железа. Промежуточными тетрапехронами на стадиях между образованием ПБГ и формированием гема являются бесцветные (уро-) и копропорфириногемы. (содержащий метеновые мостики (-СН=)). Опишем подробнее стадии биосинтеза гема из ПБГ.

Уропорфириноген III превращается в копропорфириноген III путем декарбоксилирования всех ацетатных групп (А), вместо которых образуются метильные группы (М). Реакцию катализирует уропорфириноген – декарбоксилаза. Далее копропорфириноген III (КПГ) поступает в митохондрии, где превращается в протопорфириноген III (ППГ), а затем в протопорфирин III. Митоходриальный фермент копропорфириногеноксидаза катализирует декарбоксилирование и окисление двух пропионовых боковых цепей с образованием винильной группы во 2,4 положении (-СН=СН₂). Так образуется ППГ. Затем он окисляется протопорфириногенооксидазой с образованием протопорфирина IX.

Завершающей стадией синтеза гема является включение в протопорфирин двух валентного железа. Эта реакция катализируется митохондриальным ферментом гем – синтезой или ферро – хелатазой.

Важным является и тот факт, что в процессе синтеза гема возрастает гидрофобность тетрапиррольных соединений в результате декарбоксилирования замещающих групп. Так, более полярный уропорфириноген экскретируется преимущественно с мочой, а более гидрофобные копропорфириноген и ППГ оказываются преимущественно в желчи и удаляются в составе фекалий.