Englisch: h(a)eme synthesis
Unter dem Begriff Hämsynthese fasst man die biochemischen Prozesse zusammen, die zur Bildung der Komplexverbindung Häm führen. Sie sind ein Teil der Hämoglobinsynthese.
Die Häm-Gruppe ist ein Bestandteil der Hämoproteine. Den größten Anteil der Hämsynthese betreiben erythroide Vorläuferzellen im Knochenmark (Proerythroblasten, Erythroblasten) sowie die Hepatozyten aufgrund ihrer großen Anzahl an P450-Cytochromen. Grundsätzlich ist aber jede Zelle zur Hämsynthese in der Lage. Die Hämsynthese erfolgt sowohl im Zytosol, als auch in den Mitochondrien. Häm ist die prosthetische Gruppe der Hämoproteine bzw. Cytochrome dar und ist essenziell für die Bindung des molekularen Sauerstoffs und seines Transportes durch den Körper.
Das Häm-Molekül ist der Porphyrin-Teil eines Hämoproteins. Die Grundstruktur besteht aus einem Ring aus vier Pyrrolringen (Tetrapyrrolring), die über Methinbrücken (-CH=) verknüpft sind. Weiterhin enthält dieser Porphyrin-Ring noch viele zusätzliche Doppelbindungen, Methyl-, Vinyl- und Propionsäuregruppen, sowie das zentrale Eisenion Fe2+, das durch die Stickstoff-Atome der Pyrrolringe komplexiert wird.
Der erste Schritt wird durch die Delta-Aminolävulinatsynthase (δ-ALAS) mit Pyridoxalphosphat als Coenzym katalysiert. Succinyl-CoA reagiert mit Glycin unter Abspaltung von Coenzym A zu α-Amino-β-ketoadipat, das spontan zu Delta-Aminolävulinsäure (δ-ALA) decarboxyliert.
Innerhalb des Zytosols kondensieren zwei Moleküle Delta-Aminolävulinsäure zu Porphobilinogen, katalysiert durch die Porphobilinogensynthase. Über die Porphobilinogendesaminase kondensieren vier der Porphobilinogenmoleküle zu Hydroxymethylbilan. Hierbei werden vier Moleküle Ammoniak abgespalten.
Das entstandene Hydroxymethylbilan wird über die Uroporphyrinogen-III-Synthase zyklisiert und es entsteht Uroporphyrinogen III mit dem typischen Tetrapyrrolring.
Über die Uroporphyrinogenoxidase werden die Acetatgruppen aller vier Ringe zu Methylgruppen dexarboxyliert und es entsteht Koproporphyrinogen III.
Nachdem Koproporphyrinogen III wieder in das Mitochondrium gelangt ist, werden die Propionatseitenketten zu Vinylseitenketten dehydriert und decarboxyliert, woraus Protoporphyrinogen IX entsteht. Dieser Schritt wird durch die Koproporphyrinogenoxidase, die mit der mitochondrialen Innenmembran assoziiert ist, katalysiert. Molekularer Sauerstoff dient bei diesem Schritt als Wasserstoffakzeptor. Das Protoporphyrinogen IX ist nun dank des Verlustes von sechs Carboxyl-Gruppen deutlich hydrophober.
Durch die Protoporphyrinogenoxidase werden nun die Methylengruppen, welche die Ringe verbinden, zu Methingruppen dehydriert. Das entstandene Tetrapyrrolsystem ist nun konjugiert und mit 11 Doppelbindungen versehen und wird Protoporphyrin IX genannt.
Der letzte Schritt besteht im Einbau von Eisen. Die Ferrochelatase katalysiert diese Reaktion und baut ein zweiwertiges Eisenion in das Zentrum des Moleküls ein. Dieses Enzym befindet sich an der inneren Mitochondrienmembran.
Die Regulation erfolgt über eine Rückkoppelungshemmung der Delta-Aminolävulinatsynthase-1 über verschiedene Mechanismen:
Die Regulation erfolgt hier über eine Beeinflussung der Delta-Aminolävulinatsynthase-2, ebenfalls über mehrere Mechanismen:
Tags: Häm, Hämoglobin, Synthese, Syntheseweg
Fachgebiete: Biochemie
Diese Seite wurde zuletzt am 19. März 2022 um 00:03 Uhr bearbeitet.
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