Αίμη: Όπου χρώμα κόκκινο… η αίμη πρώτη(!)

Της Κατερίνας Μπίλλια, 

Η αίμη είναι ένα από τα κύρια συστατικά της αιμοσφαιρίνης και της μυοσφαιρίνης. Χάρεις σε αυτή, οι μύες και το αίμα έχουν αυτό το χαρακτηριστικό κόκκινο χρώμα. Πέραν του χαρακτηριστικού αυτού χρώματος, το μόριο αυτό προσφέρει σε αυτές τις πρωτεΐνες και τη δυνατότητα να προσδένουν πάνω τους οξυγόνο, κατέχοντας θεμελιώδη σημασία για τη λειτουργία τους.

Δομή

Η αίμη αποτελείται από την πρωτοπορφυρίνη και ένα άτομο σιδήρου. Η πρωτοπορφυρίνη είναι ένα οργανικό συστατικό που απαρτίζεται, με τη σειρά της, από τέσσερις πυρρολικούς δακτυλίους που είναι ενωμένοι με μεθινικές γέφυρες για να σχηματιστεί ένα τετραπυρρολικός δακτύλιος. Στον τετραπυρρολικός δακτύλιο είναι δεσμευμένες τέσσερις μεθυλικές ομάδες, δύο βινυλικές ομάδες και δύο προπιονικές πλευρικές αλυσίδες.

Το άτομο σιδήρου βρίσκεται στο κέντρο της πρωτοπορφυρίνης, ενωμένο με τα τέσσερα πυρρολικά άτομα αζώτου. Ο σίδηρος που είναι δεσμευμένος στην αίμη μπορεί να είναι είτε στην δισθενή (Fe⁺²) είτε στην τρισθενή (Fe⁺³) κατάσταση οξείδωσης. Μόνο όταν ο σίδηρος βρίσκεται στην δισθενή του κατάσταση φέρει την ικανότητα να δεσμεύσει οξυγόνο. Το ιόν σιδήρου μπορεί να σχηματίσει δύο επιπρόσθετους δεσμούς, έναν σε κάθε πλευρά του επιπέδου της αίμης. Αυτές οι θέσεις δέσμευσης ονομάζονται πέμπτη και έκτη θέση συναρμογής. Στην μυοσφαιρίνη η πέμπτη θέση συναρμολόγησης καταλαμβάνεται από τον ιμιδαζολικό δακτύλιο ενός καταλοίπου ιστιδίνης της πρωτείνης, ενώ η έκτης θέση συναρμογής και στις δύο αιμοσφαιρίνες καταλαμβάνεται από οξυγόνο.

Λειτουργίες

Η αίμη έχει μια ποικιλία λειτουργιών. Ως συμπαράγοντας:

• Μεταφέρει οξυγόνου στην αιμοσφαιρίνη.
• Προσφέρει μια προσθετική ομάδα για τα ένζυμα του κυτοχρώματος p450.
• Αποτελεί δεξαμενή σιδήρου.
• Παρέχει ηλεκτρονική μεταφορά ενζύμων στην αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων
• Παίζει σημαντικό ρόλο στην κυτταρική αναπνοή.
• Συμβάλλει στην κυτταρική διαφοροποίηση και στον κυτταρικό πολλαπλασιασμός.

Σύνθεση της αίμης

Η σύνθεση της αίμης πραγματοποιείται στα ερυθροκύτταρα και στα ηπατοκύτταρα. Η αίμη συντίθεται από γλυκίνη και σουκινύλο-CoA τα οποία συνενώνονται και σχηματίζουν το δ-αμινολεβουλινικό οξύ (δ-ALA), με την επίδραση του ενζύμου συνθάση του δ-ALA. Η επόμενη αντίδραση καταλύεται από την δεϋδρογονάση του δ-ALA και δυο μόρια δ-ALA συνενώνονται και σχηματίζεται το πυρρόλιο πορφοχολινογόνο. Έπειτα, το πορφοχολινογόνο μετατρέπεται σε υδροξυμεθυλοχολάνιο με την επίδραση του ενζύμου δεαμινάση πορφοχολονογόνου. Το υδροξυμεθυλοχολάνιο, το ουροπορφυρινογόνο ΙΙΙ, το κοπροπορφυρινογό και το πρωτοπορφυρινογόνο ΙΧ είναι μια σειρά πορφυρογόνων τα οποία τελικά οδηγούν στον σχηματισμό της πρωτοπορφυρίνης ΙΧ. Το τελευταίο βήμα του δρόμου είναι η ενσωμάτωση του δισθενή σιδήρου στην πρωτοπορφυρίνη ΙΧ με κατάλυση του ενζύμου σιδηροχηλικάση , που οδηγεί στον σχηματισμό της αίμης.

Στα ερυθροκύτταρα, η αίμη συντίθεται προκειμένου να προστεθεί στην αιμοσφαιρίνη. Οι νεφροί παράγουν μια ορμόνη που ονομάζεται ερυθροποιητίνη, η οποία και διεγείρει τη σύνθεση της αίμης. Η αίμη διεγείρει τη σύνθεση των αλυσίδων α και β στα πρόδρομα ερυθροκύτταρα και η συσσώρευση της είναι απαραίτητη για ώριμα ερυθροκύτταρα, καθώς όταν τα ερυθρά αιμοσφαίρια αποκτήσουν αυτή την μορφή η σύνθεση αίμης και αιμοσφαιρίνης σταματά. Επίσης, ο έλεγχος της βιοσύνθεσης της αίμης στα ερυθροκύτταρα ελέγχεται από τη διαθεσιμότητα ενδοκυτταρικού σιδήρου.

Στα ηπατοκύτταρα η σύνθεση της αίμης πραγματοποιείται γιατί είναι απαραίτητη για το κυτόχρωμα P450(CYP 450). Το ήπαρ περιέχει την συνθάση ALA (ALA1) την οποία η αίμη καταστέλλει όταν βρίσκεται σε υψηλά επίπεδα υψηλά επίπεδα αίμης.

Αποδόμηση της αίμης 

Όταν τα ερυθρά αιμοσφαίρια φτάσουν στο τέλος της ζωής τους που είναι 120 μέρες φαγωκύτταρονται από κύτταρα του δικτυοενδοθηλιακού συστήματος. Τα συστατικά της αιμοσφαιρίνης ακολουθούν το δικό τους δρόμο. Οι σφαιρίνες διασπώνται στα επιμέρους αμινοξέα τους, ο σίδηρος επιστέφει στις αποθήκες σιδήρου του σώματος και η αίμη οξειδώνεται και διασπάται σε μονοξείδιο του άνθρακα και χολοπρασίνη. Η χολοπρασίνη ανάγεται προς χολερυθρίνη και μεταφέρεται στο ήπαρ ως σύμπλοκο με την αλβουμίνη του ορού. Μέσα στο ήπαρ το σύμπλοκο αντιδρά με το UDP-γλυκουρονικό και παράγεται το διγλυκουρινίδιο της χολερυθρίνης το οποίο απεκκρίνεται στη χολή. Η χολή εκκρίνεται στον δωδεκαδάκτυλο και μέσα σε αυτόν τα βακτήρια προκαλούν αποσύζευξη του διγλυκουρονιδίου της χολερυθρίνης και το μετατρέπουν σε ουροχολινογόνο. Αυτό είτε απεκκρίνεται στα ούρα είτε οξειδώνεται προς ουροχολίνες και αποβάλλονται στα κόπρανα.

Ασθένειες

Κατά τη διάρκεια του μονοπατιού της βιοσύνθεσης της αίμης είναι δυνατόν να υπάρξουν ορισμένες μεταλλάξεις στα γονίδια που κωδικοποιούν τα ένζυμα του δρόμου με αποτέλεσμα να υπάρχουν ανεπάρκειες ενζύμων. Το φαινόμενο αυτό οδηγεί σε κληρονομικές παθήσεις που ονομάζονται πορφυρίες. Η συσσώρευση των ενδιάμεσων προϊόντων του δρόμου ενδέχεται να προκαλέσουν τοξικές δράσεις στο νευρικό σύστημα, προκαλώντας νευροψυχιατρικά συμπτώματα. Σε άλλες περίπτωσεις της ασθένειας, δημιουργούνται σοβαρές βλάβες στο δέρμα λόγω δημιουργίας ριζών του οξυγόνου.

Επιπλέον, σε περίπτωση ανεπάρκειας πυριδοξάλης, δηλαδή βιταμίνη Β₆, ο ρυθμός παραγωγής της αίμης επιβραδύνεται, καθώς η πρώτη αντίδραση απαιτεί φωσφορική πυριδοξάλη. Το αποτέλεσμα είναι ο σχηματισμός υπόχρωμων μικροκυτταρικών ερυθρών αιμοσφαιρίων.

ΕΝΔΕΙΚΤΙΚΕΣ ΠΗΓΕΣ

• Biochemistry, Heme Synthesis, National Library of Medicine, διαθέσιμο εδώ
• An Overview of Heme Biosynthesis, News-Medical and Life Sciences, διαθέσιμο εδώ
• Βασική Ιατρική Βιοχημεία του Μarks , Michael Lieberman-PhD, Allan D. Marks-MD, Επιστημονικές εκδόσεις ΠΑΡΙΣΙΑΝΟΥ Α.Ε, σελίδες 853-857
• Βιοχημεία , J.M.BERG, J.L TYMOCZKO, G.J. GATTO, L. STRYER, ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΑΚΕΣ ΕΚΔΟΣΕΙΣ ΚΡΗΤΗΣ, σελίδες 215-216