Ein heme (Amerikanisches Englisch) oder haem (britisches Englisch) ist eine prothetische Gruppe, die aus einem Eisenatom besteht, das im Zentrum eines großen heterocyclic organischen Rings enthalten ist, genannt einen porphyrin. Nicht alle porphyrins enthalten Eisen, aber ein wesentlicher Bruchteil, metalloproteins zu porphyrin-enthalten, haben heme als ihre prothetische Gruppe; diese sind als hemoproteins bekannt. Hemes werden meistens in ihre Anwesenheit als Bestandteile des Hämoglobins, des roten Pigments im Blut anerkannt, aber sie sind auch Bestandteile mehrerer anderer hemoproteins.

Funktion

Hemoproteins haben verschiedene biologische Funktionen einschließlich des Transports von diatomic Benzin, chemischer Katalyse, diatomic Gasentdeckung und Elektronübertragung. Das heme Eisen dient als eine Quelle oder Becken von Elektronen während der Elektronübertragung oder redox Chemie. In peroxidase Reaktionen dient das porphyrin Molekül auch als eine Elektronquelle. Im Transport oder der Entdeckung von diatomic Benzin bindet das Benzin zum heme Eisen. Während der Entdeckung von diatomic Benzin veranlasst die Schwergängigkeit des Benzins ligand zum heme Eisen Conformational-Änderungen im Umgebungsprotein.

Es ist nachgesonnen worden, dass die ursprüngliche Entwicklungsfunktion von hemoproteins Elektronübertragung in primitiven Schwefel-basierten Fotosynthese-Pfaden in cyanobacteria ähnlichen Erborganismen vor dem Äußeren von molekularem Sauerstoff war.

Hemoproteins erreichen ihre bemerkenswerte funktionelle Ungleichheit durch das Ändern der Umgebung des heme Makrozyklus innerhalb der Protein-Matrix. Zum Beispiel ist die Fähigkeit des Hämoglobins, Sauerstoff an Gewebe effektiv zu liefern, wegen spezifischer in der Nähe vom heme Molekül gelegener Aminosäure-Rückstände. Hämoglobin bindet Sauerstoff im Lungenvasculature, wo der pH hoch ist und der pCO niedrig ist, und es in den Geweben veröffentlicht, wo die Situationen umgekehrt werden. Dieses Phänomen ist als die Wirkung von Bohr bekannt. Der molekulare Mechanismus hinter dieser Wirkung ist die steric Organisation der globin Kette; ein histidine Rückstand, der neben der heme Gruppe gelegen ist, wird positiv beladen unter Säure (niedriger pH) Verhältnisse (die durch aufgelösten CO in Arbeitsmuskeln, usw. verursacht werden), sterically Ausgabe von Sauerstoff von der heme Gruppe.

Typen

Größerer hemes

Es gibt mehrere biologisch wichtige Arten von heme:

Nomenklatur wird im Grün gezeigt.

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Der allgemeinste Typ ist heme B; andere wichtige Typen schließen heme A und heme C ein. Isolierte hemes werden durch Großbuchstaben allgemein benannt, während zu Proteinen gebundene hemes durch Briefe der unteren Umschaltung benannt werden. Cytochrome ein Beziehen auf den heme in der spezifischen Kombination mit dem Membranenprotein, das einen Teil von cytochrome c oxidase bildet.

Anderer hemes

:The im Anschluss an das Kohlenstoff-Zählen-System von porphyrins ist ein älteres Numerieren, das von Biochemikern und nicht dem 1-24 numerierenden System verwendet ist, das durch IUPAC empfohlen ist, der im Tisch oben gezeigt wird.

• Heme l ist die Ableitung von heme B, der covalently ist, der dem Protein von lactoperoxidase, eosinophil peroxidase, und der Schilddrüse peroxidase beigefügt ist. Die Hinzufügung von Peroxyd mit dem glutamyl-375 und aspartyl-225 von lactoperoxidase bildet ester Obligationen zwischen diesen Aminosäure-Rückständen und dem heme 1- und den 5-Methyl-Gruppen beziehungsweise. Wie man denkt, formen sich ähnliche ester Obligationen mit diesen zwei Methyl-Gruppen in eosinophil und Schilddrüse peroxidases. Heme l ist eine wichtige Eigenschaft des Tieres peroxidases; Werk peroxidases vereinigt heme B. Lactoperoxidase, und eosinophil sind peroxidase Schutzenzyme, die für die Zerstörung verantwortlich sind, in Bakterien und Virus einzufallen. Schilddrüse peroxidase ist das Enzym, das die Biosynthese der wichtigen Schilddrüse-Hormone katalysiert. Weil lactoperoxidase das Eindringen in Organismen in den Lungen und dem Exkrement zerstört, wie man denkt, ist es ein wichtiges Schutzenzym.
• Heme M ist die Ableitung von heme B covalently gebunden an der aktiven Seite von myeloperoxidase. Heme M enthält die zwei ester Obligationen am heme 1- und 5 Methyl als in heme l gefunden in anderem Säugetierperoxidases. Außerdem wird eine einzigartige sulfonium Ion-Verbindung zwischen dem Schwefel eines methionyl Aminosäure-Rückstands und der heme 2-Vinyl-Gruppe gebildet, diesem Enzym die einzigartige Fähigkeit dazu gebend, leicht Chlorid und Bromid-Ionen zu oxidieren. Myeloperoxidase ist in Säugetierneutrophils anwesend und ist für die Zerstörung verantwortlich, in Bakterien und Viren einzufallen. Es synthetisiert auch hypobromite durch "den Fehler", der eine bekannte Mutagenic-Zusammensetzung ist.
• Heme D ist eine andere Ableitung von heme B, aber in der bildet die propionic saure Seitenkette am Kohlenstoff der Position 6, der auch hydroxylated ist, einen γ-spirolactone. Ring III ist auch hydroxylated an der Position 5, in einer Angleichung trans zur neuen lactone Gruppe. Heme D ist die Seite für die Sauerstoff-Verminderung zu Wasser von vielen Typen von Bakterien an der niedrigen Sauerstoff-Spannung.
• Heme S ist mit heme B dadurch verbunden, eine formyl Gruppe an der Position 2 im Platz der 2-Vinyl-Gruppe zu haben. Heme S wird im Hämoglobin von Seewürmern gefunden. Die richtigen Strukturen von heme B und heme S wurden zuerst vom deutschen Chemiker Hans Fischer aufgehellt.

Die Namen von cytochromes normalerweise (aber nicht immer) widerspiegeln die Arten von hemes, den sie enthalten: Cytochrome enthält ein Enthalten heme A, cytochrome c heme C usw.

Synthese

Details der heme Synthese können im Artikel über porphyrin gefunden werden.

Der enzymatische Prozess, der heme erzeugt, wird porphyrin Synthese richtig genannt, weil alle Zwischenglieder tetrapyrroles sind, die als porphyrins chemisch klassifiziert werden. Der Prozess wird über die Biologie hoch erhalten. In Menschen dient dieser Pfad fast exklusiv, um heme zu bilden. In anderen Arten erzeugt es auch ähnliche Substanzen wie cobalamin (Vitamin B).

Der Pfad wird durch die Synthese von D-Aminolevulinic Säure (dALA oder δALA) von der Aminosäure glycine und succinyl-CoA vom sauren Zitronenzyklus (Zyklus von Krebs) begonnen. Das Rate beschränkende Enzym, das für diese Reaktion, ALA synthase verantwortlich ist, wird durch intrazelluläre Eisenniveaus und heme Konzentration ausschließlich geregelt. Ein Niveau des niedrigen Eisens, z.B, im Eisenmangel, führt zu verminderter porphyrin Synthese, die Anhäufung der toxischen Zwischenglieder verhindert. Dieser Mechanismus ist von therapeutischer Wichtigkeit: Die Einführung von heme arginate oder hematin kann Angriffe von porphyria in Patienten mit einem angeborenen Fehler des Metabolismus dieses Prozesses, durch das Reduzieren der Abschrift von ALA synthase abbrechen.

Die an der heme Synthese hauptsächlich beteiligten Organe sind die Leber und das Knochenmark, obwohl jede Zelle verlangt, dass heme richtig fungiert. Heme wird als ein Zwischenmolekül im Katabolismus des Hämoglobins im Prozess des bilirubin Metabolismus gesehen.

Degradierung

Degradierung beginnt innen macrophages von der Milz, die alten und beschädigten erythrocytes vom Umlauf entfernen.

Im ersten Schritt wird heme zu biliverdin durch das Enzym heme oxygenase (HOXG) umgewandelt. NADPH wird als der abnehmende Agent verwendet, molekularer Sauerstoff geht in die Reaktion ein, Kohlenmonoxid (CO) wird erzeugt, und das Eisen wird vom Molekül als das Eisenion (Fe) veröffentlicht.

Außerdem, heme Degradierung scheint, eine erhaltene Entwicklungsantwort auf Oxidative-Betonung zu sein. Kurz, wenn Zellen freien Radikalen ausgestellt werden, gibt es eine schnelle Induktion des Ausdrucks der Betonung antwortender heme oxygenase-1 (Hmox1) isoenzyme das catabolizes heme (sieh unten). Der Grund, warum Zellen exponential ihre Fähigkeit vergrößern müssen, heme als Antwort auf Oxidative-Betonung zu erniedrigen, bleibt unklar, aber das scheint, ein Teil einer cytoprotective Antwort zu sein, die die schädlichen Effekten von freiem heme vermeidet.

HMOX1/2

heme--------------> biliverdin + Fe

/ \

H + NADPH NADP

O CO

In der zweiten Reaktion wird biliverdin zu bilirubin durch biliverdin reductase (BVR) umgewandelt:

BVR

biliverdin-----------> bilirubin

/ \

H + NADPH NADP

Bilirubin wird in die zu einem Protein gebundene Leber transportiert (Serum-Albumin), wo es mit glucuronic Säure konjugiert wird, um mehr auflösbares Wasser zu werden. Die Reaktion wird durch das Enzym UDP-glucuronide transferase (UDPGUTF) katalysiert.

UDPGUTF

bilirubin + 2 UDP-glucuronate------------> bilirubin diglucuronide

\

2 UMP + 2 Pi

Diese Form von bilirubin ist excreted von der Leber in der Galle. Die Darmbakterien deconjugate bilirubin diglucuronide und der Bekehrte bilirubin zu urobilinogens. Ein urobilinogen ist von Darmzellen gefesselt und in die Nieren und excreted mit dem Urin transportiert. Der Rest reist unten der Verdauungstrakt und wird zu stercobilinogen umgewandelt. Das wird zu stercobilin oxidiert, der excreted ist und für die Farbe von Fäkalien verantwortlich ist.

Heme in der Gesundheit und Krankheit

Unter homeostasis wird die Reaktionsfähigkeit von heme von seiner Einfügung in "heme Taschen" von hemoproteins kontrolliert. Unter Oxidative-Betonung jedoch kann ein hemoproteins, z.B Hämoglobin, ihre heme prothetischen Gruppen befreien. Bestimmter" (freier) auf diese Weise erzeugter heme des "nicht Proteins wird hoch cytotoxic am wahrscheinlichsten wegen des Atoms von Fe, das innerhalb seines protoporphyrin IX Ring enthalten ist, der Chemie von Fenton erleben kann, um auf eine unbehinderte Weise die Produktion von freien Radikalen zu katalysieren. Dieses Eigentum von freiem heme kann eine Vielfalt von Zelltypen sensibilisieren, um programmierten Zelltod als Antwort auf pro-entzündlichen agonists zu erleben. Wie man denkt, spielt diese schädliche Wirkung eine wichtige Rolle im pathogenesis von bestimmten entzündlichen Krankheiten wie Sumpffieber.

Gene

Die folgenden Gene sind ein Teil des chemischen Pfads, um heme zu machen:

• ALAD: Aminolevulinic-Säure, Delta - dehydratase
• ALAS1: aminolevulinate, Delta - synthase 1
• ALAS2: aminolevulinate, Delta - synthase 2 (sideroblastic/hypochromic Anämie)
• CPOX: coproporphyrinogen oxidase
• FECH: ferrochelatase (protoporphyria)
• HMBS: hydroxymethylbilane synthase
• PPOX: protoporphyrinogen oxidase
• UROD: uroporphyrinogen decarboxylase
• UROS: uroporphyrinogen III synthase (angeborener erythropoietic porphyria)

Siehe auch

• Bilirubin-Metabolismus
• chlorin
• Chlorophyll
• corrin
• cobalamin
• Atmung (Physiologie)