Хем
Хем је простетичка група која се састоји од атома гвожђа смештеног у центру великог хетероцикличног органског прстена порфирина. Мада постоје порфирини без гвожђа, највећи део порфирин-садржавајућих металопротеина има хем као простетичку групу. Они су познати као хемопротеини. Хеми су најпознатији по присуству у хемоглобину, црвеном пигменту у крви, али се налазе и у многим другим хемопротеинима.
Функција уреди
Хемопротеини имају разноврсне биолошке функције међу којима је транспорт диатомских гасова, хемијска катализа, диатомска гасна детекција, и електронски трансфер. Гвожђе хема служи као извор или потрошач електрона током трансфера електрона или редокс хемије. У пероксидазним реакцијама, молекул порфирина такође служи као извор електрона. У транспорту или детекцији диатомских гасова, гас се везује за гвожђе хема. Током детекције диатомских гасова, везивање гасовитог лиганда за гвожђе хема индукује конформационе промене окружујућег протеина.
Сматра се да је оригинална еволуциона улога хемопротеина била електронски трансфер у примитивним, на сумпору базираним фотосинтетичким путевима у древним цијанобактеријама пре појаве молекуларног кисеоника.[1]
Хемопротеини остварају своју изванредну функционалну разноврсност путем модификовања окружења хемовог макроциклуса унутар протеинског матрикса. На пример, способност хемоглобина да ефективно испоручи кисеоник ткивима је последица специфичних аминокиселинских остатака лоцираних у близини хема. Хемоглобин везује кисеоник у пулмонарној васкулатури, где је pH висок и pCO2 низак, и отпушта га у ткивима, где је ситуација обрнута. Тај феномен је познат као Боров ефекат. Молекуларни механизам на коме се овај ефекат заснива је стерична организација глобинског ланца; хистидински остаци, лоцирани поред хема, постају позитивно наелектрисани под киселим (ниским pH) условима (што је узроковано раствореним CO2 у мишићима при раду, етц.), што доводи до отпуштања кисеоника са хем групе.
Типови уреди
Главни хем молекули уреди
Постоји неколико биолошки важних врста хема:
| Хем а | Хем б | Хем ц | Хем о | ||
|---|---|---|---|---|---|
| PubChem број | 7888115 | 444098 | 444125 | 6323367 | |
| Хемијска формула | C49H56O6N4Fe | C34H32O4N4Fe | C34H36O4N4S2Fe | C49H58O5N4Fe | |
| Функционална група на C3 | 
|
-CH(OH)CH2Far | -CH=CH2 | -CH(цистеин-S-ил)CH3 | -CH(OH)CH2Far |
| Функционална група на C8 | -CH=CH2 | -CH=CH2 | -CH(цистеин-S-ил)CH3 | -CH=CH2 | |
| Функционална група на C18 | -CH=O | -CH3 | -CH3 | -CH3 | |
Најраспростањенији тип је хем Б; други важни типови су хем А и хем C. Изоловани молекули хема се обично обележавају великим словима, док се хемови везани за протин означавају малим словима. Цитохром а је хем А у специфичној комбинацији са мембранским протеином који формира део цитохром ц оксидазе.
Синтеза уреди
Ензимски процес којим се формира хем се зове синтеза порфирина јер су сви интермедијари тетрапироли који су хемијски класификовани као порфирини. Овај процес је високо конзервиран код многих врста живих бића. Код људи, тај пут се скоро ексклузивно користи за формирање хема. Код других врста, њиме се такође производе сличне супстанце, као што је кобаламин (витамин Б12).
Пут се иницира синтезом D-аминолевулинске киселине (dALA или δALA) из аминокиселине глицина и сукцинил-CoA из Кребсовог циклуса. Ензим одговоран за ову реакцију, ALA синтаза, ограничава брзину синтезе хема. Он је строго регулисан нивоима интрацелуларног гвожђа и концентрацијом хема. Низак ниво гвожђа доводи до умањења синтезе порфирина, што спречава акумулацију токсичних интермедијара. Овај механизам има терапеутски значај: инфузија хем аргината или хематина може да спречи напад порфирија код пацијената са урођеном грешком метаболизма тог процеса, путем редукције транскрипције ALA синтазе.
Синтеза хема је углавном одвија у јетри и кичменој мождини, мада је свакој ћелији потребан хем за нормално функционисање. Хем се сматра интермедијаром у катаболизму хемоглобина у процесу билирубинског метаболизма.
Деградација уреди
Деградација почиње унутар макрофага слезине, који уклањају старе и оштећене еритроците из циркулација. У првом кораку, хем се конвертује у биливердин ензимом хем оксигеназа (HOXG). NADPH се користи као редукцини агенс. Молекулски кисеоник је супстрат из кога се формира угљен-моноксид (CO), а гвожђе се отпушта из молекула као фери јон (Fe3+).
Биливердин се затим конвертује у билирубин посредством биливердин редуктазе (BVR). Билирубин везан за протеин (серумски албумин) се транспортује у јетру, где се везује са глукуронском киселином, што повећава његову растворљивост у води. Та реакција је катализована ензимом UDP-глукуронид трансфераза (UDPGUTF). Овај облик билирубина се излучује из јетре у жуч. Интестиналне бактерије одвајају глукуронску киселину и конвертују билирубин до уробилиногена. Део уробилиногена апсорбују интестиналне ћелије и он се транспортује у бубреге и излучује путе урина. Остатак иде у дигестивни тракт и конвертује се у стеркобилиноген. Он се оксидује до стеркобилина, који се излучује, и који дају боју измету.
Деградација хема је еволуционо конзервиран респонс на оксидативни стрес. Кад су ћелије изложене слободним радикалима, долази до брзе индукције изражавања изоензима оксигеназа-1 (Hmox1) који катаболизује хем. Разлог за експоненцијално повећање ћелијске способности да деградира хем у одговору на оксидативни стрес није јасан. Сматра се да је то део цитопротективног одговора којим се избегавају штетни ефекти слободног хема.
Види још уреди
Референце уреди
- ^ Хардисон, Р. (1999). „Тхе Еволутион оф Хемоглобин: Студиес оф а верy анциент протеин суггест тхат цхангес ин гене регулатион аре ан импортант парт оф тхе еволутионарy сторy”. Америцан Сциентист. 87 (2): 126.
- ^ Цаугхеy, Wинслоw С.; et al. (1975). „Хеме А оф Цyтоцхроме ц Оxидасе СТРУЦТУРЕ АНД ПРОПЕРТИЕС: ЦОМПАРИСОНС WИТХ ХЕМЕС Б, C, АНД С АНД ДЕРИВАТИВЕС”. Ј. Биол. Цхем. 250 (19): 7602—7622. ПМИД 170266.
- ^ Хегг, Ериц L.; et al. (2004). „Хеме А Сyнтхасе Доес Нот Инцорпорате Молецулар Оxyген инто тхе Формyл Гроуп оф Хеме А”. Биоцхемистрy. 43 (27): 8616—8624. ПМИД 15236569. дои:10.1021/би049056м.
