2) копропорфирином
3) глобином
4) порфирином
Гем — небелковая простетическая группа гемоглобина, миоглобина и ряда гемсодержащих ферментов. Он образован ионом двухвалентного железа Fe2+, включённым в макроциклическое кольцо протопорфирина IX. Атом железа координируется четырьмя атомами азота пиррольных колец; пятая координационная связь устанавливается с остатком гистидина глобина, а шестая может связывать кислород или другой лиганд.
Образование гема завершается в митохондриях эритроидных клеток: фермент феррохелатаза встраивает Fe2+ в протопорфирин IX. Это принципиально отличает гем от глобина: глобин представляет собой белковую часть гемоглобина и формирует окружение, регулирующее связывание кислорода, но в состав самого гема не входит. Копропорфирин является промежуточным метаболитом биосинтеза порфиринов, тогда как термин порфирин обозначает обширный класс макроциклических соединений и не указывает на конкретную структуру гема.
Нарушение включения железа или синтеза протопорфирина приводит к накоплению предшественников и может проявляться анемией, повышением концентрации свободного протопорфирина эритроцитов либо симптомами порфирии. При дефиците феррохелатазы формируется недостаток гема и нарушается синтез гемоглобина; при свинцовой интоксикации ингибируются феррохелатаза и аминолевулинатдегидратаза. Таким образом, точное определение состава гема имеет значение для понимания как транспорта кислорода, так и лабораторной диагностики нарушений порфиринового обмена.
| Компонент или соединение | Химическая характеристика | Роль в обмене и структуре | Диагностическое значение |
|---|---|---|---|
| Гем | Fe2+ + протопорфирин IX | Простетическая группа гемоглобина, миоглобина, цитохромов и пероксидаз | Определяет способность белка обратимо связывать кислород или участвовать в окислительно-восстановительных реакциях |
| Протопорфирин IX | Порфириновое макроциклическое кольцо с боковыми группами; предшественник гема | Акцептор Fe2+ на финальном этапе синтеза гема | Повышение свободного протопорфирина характерно для нарушений включения железа, в том числе при свинцовой интоксикации и железодефиците |
| Феррохелатаза | Митохондриальный фермент | Катализирует встраивание Fe2+ в протопорфирин IX | Дефект фермента связан с протопорфирией; ингибирование вызывает функциональный дефицит гема |
| Глобин | Белковая полипептидная часть гемоглобина | Связывает гем, формирует его микроокружение и регулирует сродство к кислороду | Не является химической частью гема; изменения глобиновых цепей лежат в основе гемоглобинопатий |
| Копропорфирин | Промежуточный порфирин биосинтеза гема | Предшественник протопорфирина, не входит в состав зрелого гема | Изменение его экскреции используется при оценке некоторых порфирий и нарушений порфиринового обмена |
| Гемоглобин | Тетрамер глобиновых цепей, каждая из которых содержит гем | Переносит кислород от лёгких к тканям и часть углекислого газа обратно | Концентрация и характеристики гемоглобина оцениваются при диагностике анемий и гемоглобинопатий |
Функционально активной формой железа в обычном геме является Fe2+; окисление до Fe3+ образует метгемоглобин, неспособный эффективно переносить кислород. Поэтому синтез гема требует согласованного образования порфиринового кольца, доставки железа и работы феррохелатазы. В клинической лабораторной диагностике оценка гемоглобина, свободного протопорфирина, порфиринов и показателей обмена железа помогает установить уровень нарушения. Точный термин протопорфирин IX наиболее корректно отражает химическую основу гема.