12/12/2010

1

Sinteza hemului

• Definitie

• Localizare

• Etape

• Reactii

• Reglare

• Patologie

STRUCTURA HEMULUI

• Ion feros (Fe2+)

• Protoporfirina IX

4 nuclee pirolice legate prin 4 punti metenil (–CH=)

12/12/2010

2

HemoglobinaMioglobinaCitocromiCatalazaUnele peroxidaze

Hemo proteine

8

8

Succinil CoA

Glicina

Hem

Sinteza hemului - Definitie

Cale de sinteza prin care din glicina si succinil CoA => Hem

12/12/2010

3

Celulara 85% in celulele eritropoietice din maduva osoasa 15% in hepatocite (mai ales pentru sinteza Cit P450)

Intracelulara Mitocondrie (prima reactie si ultimele 3) & Citoplasma

Sinteza hemului - Localizare

Sinteza hemului – Etape

I. Sinteza acidului δ-aminolevulinic (ALA)

II. Transformarea ALA → porfobilinogen (PBG)

III. Transformarea PBG → uroporfirinogeni (I & III)

IV. Transformarea uroporfirinogen III → protoporfirina IX

V. Transformarea protoporfirina IX → Hem

12/12/2010

4

Sinteza hemului – Etapa I

Sinteza acidului δ-aminolevulinic (ALA)= etapa limitanta de viteza

Transformarea ALA → porfobilinogen (PBG)

Sinteza hemului – Etapa II

Pb

-

ALA dehidrataza = PBG sintaza este inhibata de Pb

!Intoxicatiile cu Pb => Anemie

12/12/2010

5

Transformarea PBG → uroporfirinogeni (I & III)

Sinteza hemului – Etapa III

Uroporfirinogen I sintaza = PBG deaminaza = Hidroximetilbilan sintaza

Uroporfirinogen III sintaza = Uroporfirinogen III cosintaza

• Transformarea uroporfirinogen III→ Protoporfirina IX

Sinteza hemului – Etapa IV

Transformarea gruparilor acetil → metil prin actiunea uroporfirinogen decarboxilazei=> coproporfirinogen III

Transformarea a 2 din 4 grupari propionil → vinil prin actiunea coproporfirinogen oxidazei => protoporfirinogen IX

Introducerea de legaturi duble prin actiunea protoporfirinogen oxidazei

=> protoporfirina IX

12/12/2010

6

Porfirinogenii = 4 piroli uniti prin punti metilenice –CH2-

nu au sistem extins de duble legaturi conjugate!

sunt incolori

Porfirinogenii: uro-, copro-, pro-se deosebesc prin nature substituentilor: A&P, M&P, M&V&P

Porfirinele = 4 piroli uniti prin punti metenil –CH=

au sistem extins de duble legaturi conjugate

porfirinele sunt colorate (rosu)

Transformarea protoporfirina IX → Hem

Sinteza hemului – Etapa V

Protoporfirina IX Hem

Pb

-

Ferochelataza este inhibata de Pb => Intoxicatia cu Pb → Anemie

In absenta Fe ferochelataza complexeaza Zn => Zn-protoporfirina IX fluorescenta

12/12/2010

7

Sinteza hemului – Schema integrala

Daca nivelul hemului depaseste nivelul necesar (sintezei hemoproteinelor), excesul se transforma in Hemina (Fe3+)

!

Ine

stin

Sa

ng

eC

elu

le

•↓pH din stomac solubilizeaza compusii ionici cu Fe

• Acidul asorbic faciliteaza reducerea Fe3+ → Fe2+

• Transportorii Fe2+ faciliteaza absorbtia in sange

• Ceruloplasmina (feroxidaza I) transforma Fe2+ → Fe 3+

• Fe3+ este chelatat de Transferina (Tf).

• Transferina transporta fierul la tesuturi

Sub forma legata de transferina Fe este solubil si nereactiv

• Endocitoza transferinei mediata de receptorul specific(TfR)

• Dupa endocitoza Fe3+ este eliberat si distribuit in regiuni

topologic distincte ale celulei via transportor si/sau canale (?)

• Fe neutilizat este stocat sub forma de Feritina (Fe2+)

• Cand este in exces formeaza langa feritina depozite amorfe

=> Hemosiderina

Metabolismul Fe

12/12/2010

8

Rolurile fierului in celula

Receptori aiTransferinei(TfR)

Fe(III)2-Tf Tf

Proteine: Cataliza

Transport de oxigen & electroni

Stabilizare structurala

Senzori ai Fe, ROS

Formarea radicalilor legati de proteine

Depozitare & Sechestrare: Feritina

Toxicitate: Stres oxidativ

[Fe]

[Fe]

[Fe]

• Reglarea sintezei hemului depinde de tipul celulei producatoare

• In celula hepatica enzima reglatoare = ALA sintaza 1 (PALPO dependenta)

Reglarea concentratiei prin: - represie: Hem (Fe2+) sau Hemina (Fe3+) - inductie: medicamente metabolizate de Cit P450 (ex. fenobarbital)

Inhibitia transportului enzimei in mitocondrie: Hem, Hemina

Reglarea activitatii prin retroinhibitie: Hem

• In celulele eritroide sinteza hemului este controlata de eritropoietina si disponibilitatea Fe

Sinteza hemului – Reglare

12/12/2010

9

Reglarea sintezei hepatice

Represia

enzimei

Aporepresor

ALA

Porfobilinogen

Hidroximetilbilan

Uroporfirinogen III

Coproporfirinogen III

Protoporfirinogen III

Fe2+ + Protoporfirina III

Hem

Hemoproteine

Proteine

1. ALA sintetaza

2. ALA dehidrataza

3. Uroporfirinogen I

sintaza

4. Uroporfirinogen III

sintaza

5. Uroporfirinogen

decarboxilaza

6. Coproporfirinogen

oxidaza

7. Protoporfirinogen

oxidaza

8. Ferochelataza

Succinil-CoA + Glicocol

Retroinhibitie

In celulele eritroide hemul stimuleaza exprimarea genelor globinelor

↑[Hem] => inactivarea inhibitorului controlat de hem (HCI), proteina care inactiveaza (prin fosforilare) factorul de transcriere eIF-2

=> Stimularea transcrierii genelor globinelor

12/12/2010

10

Sinteza hemului - Patologie

• Boli dobandite: intoxicatia cu Pb

• Boli congenitale: porfirii

Intoxicatia cu Pb

SimptomeIritabilitate Apetit cazutLetargie Dureri abdominale (± voma) Insomnie Dureri de capConstipatie

PatofiziologiePb se leaga de orice compus cu grupari -SHInhiba multiple enzime, inclusiv PBG sintaza si ferochelataza

=> cresterea concentratiei ALA fara cresterea PBG=> ↓[Hem] → ↓[Hb] si [Cit] => anemie

12/12/2010

11

Enzimele afectate de Pb

Pb

PbPb

PorfiriiGrup de boli rare determinate de deficiente ale enzimelor implicate in

sinteza hemului

Majoritatea sunt autosomal dominante => afecteaza indivizii care au 50% din nivelul normal al enzimelor, deci celulele mai pot sintetiza hem

La indivizii afectati se observa o acumulare a intermediarilor care sunt toxici pentru sistemul nervos => simptome neuropsihiatrice

Porfirinogenii acumulati sunt convertiti in prezenta luminii in porfirine care transforma O2 in specii reactive ale oxigenului (SRO)SRO ataca membranele => eliberarea enzimelor lizozomale care distrug componentele celulare => fotosensibilitate

Simptomele sunt exacerbate de anumite medicamente, chimicale, alimente si de expunerea la soare

Administrarea heminei, inhibitor feedback al caii de sinteza a hemului, previne acumularea precursorilor hemului

12/12/2010

12

Cauzele biochimice ale semnelor & simptomelor majore ale porfiriilor

Mutatii in ADN

Anormalitati ale enzimelor implicate in sinteza hemului

ALA & PBG si/sau [Hem] din celule & lichide biologice

Acumularea porfirinogenilorin piele si tesuturi

Semne & simptome neuropsihiatrice

Oxidarea spontana aporfirinogenilor & porfirinelor

Fotosensibilitate

Transformarea porfirinogeni → porfirine

in prezenta luminiiPorfobilinogen

Uroporfirinogen Isintaza

Hidroximetilbilan

Uroporfirinogen IIIUroporfirina III

6H Decarboxilaza4CO2

Coproporfirinogen III

oxidaza

Protoporfirinogen III

Coproporfirinogen

Protoporfirinogenoxidaza

luminain vitro

Protoporfirina III

FerochelatazaFe+2

HEM

6H

luminaCoproporfirina III

Spontan

Uroporfirinogen Iluminalumina

6H

Uroporfirina I

4CO2

Coproporfirinogen I Coproporfirina I

6H

lumina

Mitocondrie

Citosol

Uroporfirinogen III

cosintaza

12/12/2010

13

Porfirii – Clasificarein functie de localizarea enzimei deficitare

• Hepatice– Acute

• Porfiria acuta intermitenta (AIP): deficienta de HMB sintaza• Coproporfiria ereditara (HCP): deficienta de COPRO oxidase• Porfiria variegata (VP): deficienta de PROTO oxidase

– Cronice• Porfiria cutanea tarda (PCT): deficienta de URO decarboxylase

• Eritropoetice• Anemia sideroblasica asociata cromozomului X (XLSA): deficienta de

ALA sintaza• Porfiria eritropoietica congenitala (CEP): deficienta de URO sintaza• Protoporfiria eritropoietica (EPP): deficienta de ferochelataza

Porfirii

12/12/2010

14

Porfiria acuta intermitenta

Hepatica, autosomal dominanta

Determinata de deficienta porfobilinogen deaminazei implicata in conversia PBG in uroporfirinogen III

=> PBG, uroporfirina, si ALA se acumuleaza in plasma & urina

Pacientii prezinta simptome neuropsihiatrice si dureri abdominale (neuroviscerale)

Simptomele sunt exacerbate de consumul barbituricelor si alcoolului, substante care induc sinteza Cit P450 => ↓[Hem] => ↑sinteza ALA sintazei

Porfira cutanea tardaCea mai comuna porfirie, bola cronica a ficatului si tesuturilor eritroide

Determinata de deficienta uroporfirinogen decarboxilazei implicata in conversia uroporfirinogen III in coproporfirinogen III

Uroporfirinogenul se acumuleaza in urina => culoare brun-roscata

Semnele clinice apar in decada 4 sau 5 a vietii

Expresia clinica este influentata de supraincarcarea hepatica cu Fe, expunerea la lumina, prezenta hepatitelor B, C si HIV

Pacientii prezinta simptome cutanate (vezicule, eroziuni) => fotosensibilitate cutanata

Urina normala patologicaSimptome cutanate

12/12/2010

15

Porfiria => Licantropie & Vampirism

• Sensibilitate extrema la lumina (expunerea la soare eritem vezicular)• Urina brun-roscata• Dinti brun-roscati• Ulceratii care distrug cartilagiul si oasele

deformarea nasului, urechilor, degetelor• Aberatii mentale: isterie, psihoza maniaco-depresiva, delir

Aspectul fizic in conjunctie cu aberatiile mentale si preferinta pentru intuneric au fost considerate ca dovezi ale vampirismului (werewolfism)Cazuri frecvente in anumite regiuni, de-a lungul unor vai din Elvetia si Suedia.