Porfirin Metabolizması: Hem ve Hemoglobin Sentezi Doç.Dr. Mustafa ALTINIŞIK ADÜTF Biyokimya AD 2009

Porfirinler, porfirin halka sistemi içeren renkli maddelerdir Eritrositlerde bulunan ve kana kırmızı rengini veren hemoglobinin yapısında bulunan hem, önemli bir demir-porfirin bileşiğidir

Hem, kasların kırmızı rengini veren miyoglobin, sitokromlar, sitokrom oksidaz, katalaz ve peroksidaz gibi enzimlerin yapısında da bulunur

Hem biyosentezi Hem biyosentezi için temel prekürsör, glisin amino asididir. Hem sentezinde ilk reaksiyon ve son üç reaksiyon mitokondride, diğerleri sitoplazmada gerçekleşir

ALA sentaz, porfirin biyosentezinde hız belirleyici enzimdir Hem biyosentezi için ilk reaksiyon, mitokondride glisin ile süksinil-KoA’nın, -amino--ketoadipat üzerinden -aminolevülinat (ALA) oluşturmak üzere reaksiyonlaşmasıdır. ALA sentaz, porfirin biyosentezinde hız belirleyici enzimdir PLP

Mitokondride oluşan -aminolevülinat (ALA), sitoplazmaya çıkar Mitokondride oluşan -aminolevülinat (ALA), sitoplazmaya çıkar. Sitoplazmada, 2 molekül -aminolevülinat (ALA), porfobilinojen (PBG) oluşturmak üzere kondense olur. Reaksiyonu porfobilinojen sentaz (ALA dehidrataz) katalizler ALA dehidrataz, Zn2+ gerektiren sitozolik bir enzimdir; sülfhidril grupları içerir; ağır metallerle inhibisyona çok hassastır. Kurşun ile zehirlenmelerde ALA miktarı artar

Dört molekül porfobilinojen, üroporfirinojen I sentaz (porfobilinojen deaminaz) ve üroporfirinojen III kosentaz etkisiyle hidroksimetilbilan ara ürünü üzerinden üroporfirinojen III (ÜRO III) oluşturur

Üroporfirinojen III, üroporfirinojen dekarboksilaz etkisiyle koproporfirinojen III’e dönüştürülür

Koproporfirinojen III, mitokondriye taşınır ve burada mitokondriyal bir enzim olan Koproporfirinojen oksidaz, koproporfirinojen III’den protoporfirinojen IX oluşturur

Mitokondride protoporfirinojen oksidaz etkisiyle, protoporfirinojen IX’dan protoporfirin IX oluşur

Aktivite için redükleyici ajanlara gereksinim gösteren ferroşelataz, protoporfirin IX içerisine demir yerleşimini katalizler ve böylece hem molekülü oluşur

Succinyl CoA + Glycine Ferrochelatase Pb-sensitive HEME Fe2+  -Aminolevulinate synthase requires pyridoxal phosphate -Aminolevulinic acid  Coproporphyrinogen III Protoporphyrin IX  MITOCHONDRIA -Aminolevulinic acid (two molecules) CYTOPLASM Aminolevulinic acid dehydratase zinc-containing enzyme Pb-sensitive Porphobilinogen    4 molecules combine Uroporphyrinogen III Coproporphyrinogen III

Hem, ALA sentazın feedback inhibitörüdür

Mitokondride oluşan hem, mitokondri dışında, ribozomlarda sentez edilmiş olan globin ile birleşerek hemoglobin oluşturur

İnsanlarda hem biyosentezinde görevli bazı enzimlerde genetik defekt olması durumunda, porfiriyalar diye bilinen bazı genetik hastalıklar ortaya çıkar Kongenital eritropoetik porfiriya hariç tüm porfiriyalar otozomal dominant kalıtılırlar

ALA Porphobilinogen Heme Hydroxymethylbilane ALA Protoporphyrin IX Plumboporphyria X-linked hereditary sideroblastic anemia Porphobilinogen ALA Acute intermittent porphyria Glycine + succinyl CoA Hydroxymethylbilane Heme Congenital porphyria Erythropoietic protoporphyria Protoporphyrin IX Variegate porphyria Uroporphyrinogen III Protoporphyrinogen Porphyria cutanea tarda Hereditary coproporphyria Coproporphyrinogen III ALA = 5-aminolevulinate

Porfirialarda defektli enzim gerisindeki porfirinler ve prekürsörleri vücut dokularında ve vücut sıvılarında birikir

Porfiriyalar, porfirinlerin ve prekürsörlerinin biriktiği dokulara göre iki sınıfa ayrılabilir

Porfiriyalar, ortaya çıkışlarına göre de iki sınıfa ayrılabilir

Porfirialarda biriken bileşiklerin toksik yapısına bağlı olarak her bir porfiriyaya özgü semptom ve belirtiler ortaya çıkar

Porfiriyalarda mide bağırsak yakınmalarından abdominal ağrı, en sık belirtidir. Kabızlık, mide bulantısı ve kusma olabilir Porfiriyalarda otonom sinir sistemi anormallikleri olarak taşikardi, hipertansiyon, terleme, idrar retansiyonu gözlenebilir Periferal nöropati, ekstremitede ağrı, duyuda azalma, kas zayıflığı, paralizi, görme kaybı, felç, koma, ADH’un uygunsuz salınımı belirtileri ile ortaya çıkabilir

Akut intermittant porfiriya, porfobilinojen deaminaz aktivitesinde bozukluğa bağlı olarak ortaya çıkar. en sık rastlanan porfiriya tipidir Akut intermittant porfiriyada hem sentezi azalır; porfirinler oluşmadığı için fotosensitivite olmaz Laboratuvar bulgusu olarak idrarda ALA ve PBG artar. Nonenzimatik kondensasyon ile idrarda az miktarda ÜRO oluşur. Fekal porfirinler normaldir

Porfiriya variegata, protoporfirinojen oksidaz aktivitesinde bozukluğa bağlı olarak ortaya çıkar. PROTO ve KOPRO birikir; akut nörolojik atak ve fotosensitivite gözlenir Laboratuvar bulgusu olarak akut ataklarda idrarda ALA ve PBG artar

Herediter koproporfiriya, koproporfirinojen oksidaz eksikliğine bağlı olarak ortaya çıkar Hastaların ancak 1/3’ünde fotosensitivite oluşur Laboratuvar bulgusu olarak feçeste PROTO ve KOPRO birikir

Porfiriya kutanea tarda, üroporfirinojen dekarboksilaz aktivitesi düşüklüğüne bağlı olarak ortaya çıkar Ağır karaciğer hastalığı, alkolizm ve bazı ilaçlar semptomları başlatır; en sık görülen edinsel porfiriya türüdür; genelde yetişkin döneme kadar görülmez. Deride mekanik hasar oluşur; fotosensitivite gözlenir Laboratuvar bulgusu olarak idrarda ÜRO ve 7 COOH’li porfirinler artar

Kongenital eritropoetik porfiriya, ÜRO III kosentaz aktivitesi düşüklüğüne bağlı olarak ortaya çıkar; tip III izomer yerine ÜRO I ve KOPRO I artışı olur Otozomal resesif kalıtılır; erken çocukluk döneminde gözlenir Aşırı fotosensitivite olur; porfirin depolanmasına bağlı olarak dişler kahverengi olur; hemolitik anemi ve splenomegali saptanır; prognozu kötüdür Yoğun miktarda ÜRO ve KOPRO atımına bağlı olarak idrar pembe kırmızı olur. Fekal porfirinler artmıştır. Kan porfirinleri, normal değerin üzerine çıkar. Eritrositler, ÜRO ve KOPRO içerdiklerinden flüoresan mikroskop altında flüoresans verirler

Protoporfiriya, ferroşelatazda kısmi defekte bağlı olarak ortaya çıkar Fotosensitivite, çocuklukta başlar; güneş ışığı altında yanıklar, kaşıntı, deride şişlik olur. Yüz ve el sırtı en fazla etkilenen bölgelerdir Laboratuvar bulgusu olarak yüksek miktarda PROTO ekskrete edilir; eritrosit serbest protoporfirinleri yüksektir; idrarda porfirin ve prekürsörleri normaldir

Pb zehirlenmesi, porfirin metabolizmasında sekonder bozukluğa neden olur ALA dehidrataz ve ferroşelataz aktiviteleri düşer. Eritrosit Zn protoporfirini yükselir. İdrarda ALA artar; PBG normaldir. Tanı için tam kanda Pb ölçümü yapılmalıdır Hem prekürsörlerinin idrardaki normal değerleri şöyledir: PBG 0-2 mg/gün, -ALA 1,3-7,0 mg/gün, üroporfirin < 40 g/gün, koproporfirin< 235 g/gün, protoporfirin 60 g/gün Kurşun zehirlenmesi, alkol zehirlenmesi, demir eksikliği anemisi, karaciğer hastalığı hallerinde porfirinüri gözlenebilir

Hemoglobinopatiler, anormal hemoglobinlerin üretilmesiyle karakterize hastalıklardır 1) Hemoglobinin polipeptit zincirine bir veya daha fazla amino asit eklenebilir, zincirden amino asit çıkabilir veya zincirdeki amino asitler yer değiştirebilir 2) Globin zinciri üretiminde defekt olabilir; belli bir globin zinciri türü üretilmez 3) Tip 1 ve tip 2’nin kombinasyonu olabilir 4) Herediter persistant fetal hemoglobinemi de tanımlanmıştır; asemptomatiktir

Hb S, orak hücreli anemi ( Hb S hastalığı) olarak tanımlanan hemoglobinopatinin ortaya çıkmasına neden olur Hb C, Hemoglobin C hastalığı olarak bilinen hemoglobinopatinin ortaya çıkmasına neden olur Hb H ve Hb Bart, -talasemili hastaların kanında saptanır

Hemoglobinin yıkılımı Normal insan vücudunda her gün eritrositlerin parçalanmasıyla yaklaşık 6,5-7 gram kadar hemoglobin serbestleşmektedir Eritrositlerin parçalanmasıyla serbestleşen hemoglobin, retiküloendoteliyal sistemde (RES) yani başlıca karaciğer, dalak ve kemik iliğinde yıkılır ve bilirubin oluşturur

Heme Degradation BILE HEME NADPH O2 (opens the porphyrin ring) NADP+ Fe+3 BILIVERDIN NADPH NADP+ BILIRUBIN BILIRUBIN diglucuronide BILE

Hemoglobinin hem kısmının yıkılmasıyla oluşan bilirubin, indirekt bilirubin (ankonjuge bilirubin) olarak bilinir. İndirekt bilirubin, suda çözünmez, idrara geçmez ve safra ile atılmaz. İndirekt bilirubin, liposolubldur; membranlardan kolaylıkla geçerek dokulara diffüze olabilir

İndirekt bilirubinin karaciğerde glukuronik asitle konjugasyonu veya çok az oranda sülfatlanmasıyla direkt bilirubin (konjuge bilirubin) oluşur. Direkt bilirubin, suda çözünür ve safra ile atılır. Direkt bilirubin normalde kanda bulunmaz veya çok az bulunur; ancak safra ile atılımının engellendiği durumlarda kanda artabilir ki kandaki düzeyi %1,5 mg’ı aştığında idrarda saptanır

Serum total bilirubin düzeyinin normal değeri Doğumdan hemen sonra miadında doğan bebekte %0,4-4,0 mg arasında, prematüre bebekte %8 mg’dan düşük Doğumdan üç gün sonra miadında doğan bebekte %1,0-10,0 mg arasında, prematüre bebekte %12 mg’dan düşük 1 aylık bebekte %0,1-0,7 mg arasında Erişkinde %0,2-1,0 mg arasında

Hiperbilirubinemiler Serbest (indirekt) bilirubin düzeyindeki artışlar Yenidoğan sarılığı Gilbert hastalığı Crigler-Najjar sendromu tip I Crigler-Najjar sendromu tip II Konjuge (direkt) bilirubin düzeyindeki artışlar Kolestaz Dubin-Johnson sendromu Rotor sendromu

Yenidoğan sarılığında serum bilirubin düzeyi 48 Yenidoğan sarılığında serum bilirubin düzeyi 48.saatte %10 mg değerine kadar çıkabilir ve 7-10 günde normal düzeye iner Gilbert sarılığında serbest bilirubin düzeyleri %1,2-3,0 mg kadardır, %5 mg değerini nadiren aşar Crigler-Najjar sendromu tip I, nadir görülür, genellikle hayatın ilk 15 gününde ölümle sonuçlanır. Serbest bilirubin düzeyi %20 mg’ı aşar ve bazen %50 mg’a ulaşır Crigler-Najjar sendromu tip II’de serum bilirubin düzeyi %6,0-20,0 mg arasında değişir

Kolestazda plazmada konjuge bilirubin artar ve idrarla bilirubin atılır Dubin-Johnson sendromunda plazma bilirubin düzeyi %3,0-10,0 arasındadır ve karaciğerde melanin benzeri bir pigment birikir Rotor sendromunda Dubin-Johnson sondromundakine benzer bulgular vardır, ancak karaciğerde pigment birikimi olmaz