Биосинтез гема
Первая и три последние стадии биосинтеза гема протекают в митохондриях , а промежуточные - в цитозоле. Синтез гема особенно активен в печени и эритроидном ростке костного мозга , поэтому наследственные дефекты его синтеза проявляются именно в этих тканях. Эритробласты и ретикулоциты еще сохраняют митохондрии, и в этих клетках синтезируется гемоглобин , тогда как зрелые эритроциты лишены способности синтезировать гем. Для всех ферментов, участвующих в синтезе гема, известны нуклеотидные последовательности кДНК и геномной ДНК, равно как и митохондриальная локализация соответствующих генов ( табл. 139.1 ).
Образование дельта-аминолевулиновой кислоты . Первый фермент биосинтеза гема, дельта-аминолевулинатсинтаза , катализирует конденсацию глицина и сукцинил-KoA. Этот фермент локализован на внутренней мембране митохондрий , и его кофактором является пиридоксаль-5'-фосфат . Дельта-аминолевулинатсинтаза обладает очень низкой активностью и лимитирует скорость синтеза гема. Существует два изофермента дельта-аминолевулинатсинтазы - печеночная (неспецифическая) и эритроидная. Они кодируются разными ядерными генами, ALAS1 и ALAS2 , расположенными соответственно на хромосоме 3 ( Зр21 ) и хромосоме X ( Хр11.21 ). Для сцепленной с Х-хромосомой сидеробластной анемии характерна недостаточность эритроидной дельта-аминолевулинатсинтазы .
Образование порфобилиногена из дельта-аминолевулиновой кислоты . Две молекулы дельта-аминолевулиновой кислоты под действием цитозольного фермента дельта-аминолевулинатдегидратазы превращаются в монопиррол порфобилиноген с выделением двух молекул воды, этап 2). Порфирия возникает при практически полном отсутствии дельта-аминолевулинатдегидратазы ( рис. 139.3 ). Ген дельта-аминолевулинатдегидратазы у человека расположен на хромосоме 9 ( 9q34 ) и (подобно гену PBGD , кодирующему порфобилиногендезаминазу ) содержит два промотора, инициирующих синтез первичных транскриптов, которые затем подвергаются альтернативному сплайсингу с образованием мРНК неэритроидной (конститутивной) и эритроидной форм фермента. Существование двух разных генов обеспечивает тканеспецифическую регуляцию синтеза гема и продукцию гемоглобина.
Полная активность дельта-аминолевулинатдегидратазы проявляется лишь при интактной сульфгидрильной группе и присутствии атома цинка в каждой субъединице. Свинец вытесняет цинк из фермента и тем самым ингибирует его. Некоторые неврологические симптомы свинцового отравления напоминают симптомы порфирии. Самый сильный ингибитор дельта-аминолевулинатдегидратазы - сукцинилалацетон (структурный аналог дельта-аминолевулиновой кислоты ), появляющийся в моче и крови больных с наследственной тирозинемией . Клинические симптомы при этом напоминают проявления порфирии.
Образование гидроксиметилбилана из порфобилиногена . Порфобилиногендезаминаза катализирует конденсацию четырех молекул порфобилиногена с образованием линейного тетрапиррола - гидроксиметилбилана . В отсутствие фермента, катализирующего следующую реакцию ( уропорфириноген III-косинтазы ), гидроксиметилбилан подвергается спонтанной циклизации с образованием первого тетрапиррола - уропорфириногена I . В присутствии же уропорфириноген III-косинтазы из гидроксиметилбилана образуется уропорфириноген III , содержащий инвертированное D-пирроловое кольцо этап 3. Ген порфобилиногендезаминаза (PBGD) у человека расположен на хромосоме 11 ( 11q23->11qter ); мРНК эритроидного фермента экспрессируется только в эритроидных клетках. Две разных мРНК образуются в результате альтернативного сплайсинга первичных транскриптов, синтез которых инициируется двумя разными промоторами. Вышерасположенный промотор активен во всех тканях, тогда как второй, расположенный в 3 тыс. пар нуклеотидов ниже, активен только в эритроидных клетках.
Образование уропорфириногена III из гидроксиметилбилана . Эта реакция, в ходе которой происходит внутримолекулярная перегруппировка кльца D (этап 4), катализируется уропорфириноген III-косинтазой . Гомозиготная недостаточность уропорфириноген III-косинтазы обусловливает врожденную эритропоэтическую порфирию ( рис. 139.3 ). Ген уропорфириноген III-косинтазы расположен на узком участке хромосомы 10 ( 10q25.3->q26.3 ).
Образование копропорфириногена из уропорфириногена. Цитозольный фермент уропорфириногендекарбоксилаза последовательно отщепляет четыре карбоксильные группы от карбоксиметильной боковой цепи уропорфириногена, в результате чего образуется копропорфириноген ( этап 5). Ген уропорфириногендекарбоксилазы локализован на хромосоме 1 ( 1pter->р21 ). Частичная, или гетерозиготная, недостаточность уропорфириногендекарбоксилазы приводит к поздней кожной порфирии , а при гомозиготной недостаточности фермента возникает гепатоэритропоэтическая протопорфирия ( рис. 139.3 ). Уропорфириногендекарбоксилаза функционирует как гомодимер. Локус гена, кодирующего этот фермент, находится на хромосоме 1р34 .
Образование протопорфириногена из копропорфириногена . Под действием митохондриального фермента копропорфириногеноксидазы от пропионовых групп пирроловых колец A и В копропорфириногена отщепляются карбоксильная группа и два атома водорода с образованием винильных групп в этих положениях, т.е. образуется протопорфириноген (этап 6). Ген копропорфириногеноксидазы локализован на хромосоме 9 . Частичная (гетерозиготная) недостаточность копропорфириногеноксидазы лежит в основе наследственной копропорфирии ( рис. 139.3 ).
Образование протопорфирина из протопорфириногена. Окисление протопорфириногена до протопорфирина катализируется протопорфириногеноксидазой , которая отщепляет от ядра порфириногена шесть атомов водорода (этап 7). Частичная (или гетерозиготная) недостаточность протопорфириногеноксидазы приводит к вариегатной порфирии ( рис. 139.3 ). Протопорфириногеноксидаза человека содержит нековалентно связанный ФАД . Ген протопорфириногеноксидазы расположен на хромосоме 1 ( q23 или q22 ).
Образование гема из протопорфирина . На последнем этапе биосинтеза гема происходит включение атома железа в молекулу протопорфирина (этап 8). Эта реакция катализируется феррохелатазой , субстратом которой (в отличие от других ферментов биосинтеза гема) является протопорфирин IX , а не его восстановленная форма. Феррохелатаза требует присутствия двухвалентного, но не трехвалентного железа. Ген феррохелатазы расположен на хромосоме 18 ( 18q21.3 ). Молекулы очищенного фермента человека содержат на С-концевом участке кластер [2Fe-2S] . Предположительная область связывания кластера представляет собой участок из 30 аминокислотных остатков, включающий четыре остатка цистеина , что служит отличительным признаком последовательностей, связывающих мотив [2Fe-2S], Полагают, что кластер [2Fe-2S] необходим для сохранения активности фермента млекопитающих.
Смотрите также:
