Hem jeprostetička grupa koja se sastoji od atomaželjeza smještenog u centru velikogheterocikličnog organskog prstenaporfirina. Iako postoje porfirini bez željeza, najveći diometaloproteina koji sadrže porfirine ima hem kao prostetičku grupu. Oni su poznati kaohemoproteini.
Hemoproteini imaju raznovrsne biološke funkcije među kojima je prijenos plinova u krvi, kemijskakataliza, detekcija plinova i prijenos elektrona. Željezo hema služi kao izvor ili primatelj elektrona tijekom prijenosa elektrona uredoks reakcijama. Uperoksidaznim reakcijama, molekulaporfirina također služi kao izvor elektrona. Pri prijenosu ili detekciji dvoatomskih plinova kao primjerice kisika, plin se veže za molekulu željeza unutar hema. Tijekom detekcije dvoatomskih plinova, vezivanje plinovitogliganda za željezo u hemu uzrokuje konformacijske promjene bjelančevine koja ga sadrži.
Pretpostavlja se da je prvobitna evolucijska ulogahemoproteina bila prijenos elektrona u primitivnim, na sumporu baziranimfotosintetičkim putovima u drevnimcijanobakterijama prije pojave molekularnog kisika.[1]
Hemoproteini ostvaruju svoju izvanrednu funkcionalnu raznovrsnost putem promjene okruženja hemovog makrociklusa unutar matriksa same bjelančevine. Na primjer, sposobnosthemoglobina učinkovito isporučiti kisik tkivima je posljedica specifičnih aminokiselinskih ostataka smještenih u blizini hema. Hemoglobin veže kisik uplućnom krvotoku, gdje jepH visok i pCO2 nizak, a otpušta ga u tkivima, gdje je situacija obrnuta. Taj fenomen je poznat kaoBohrov efekt. Molekularni mehanizam na kome se ovaj efekt temelji je sterična organizacijaglobinskog lanca;histidinski ostaci, smješteni u blizini hema, postaju električno pozitivno nabijeni u kiselim uvjetima (niskimpH) (kao posljedica otopljenog CO2 u krvi), što dovodi do otpuštanja kisika s hem grupe.
Postoji nekoliko biološki važnih vrsta hema:
| hem a | hem b | hem c | hem o | ||
|---|---|---|---|---|---|
| PubChem - broj | 7888115 | 444098 | 444125 | 6323367 | |
| Kemijska formula | C49H56O6N4Fe | C34H32O4N4Fe | C34H36O4N4S2Fe | C49H58O5N4Fe | |
| Funkcionalna grupa na -C3 |  | -CH(OH)CH2Far* | -CH=CH2 | -CH-(cistein-S-il)CH3 | -CH(OH)CH2Far* |
| Funkcionalna grupa na -C8 | -CH=CH2 | -CH=CH2 | -CH(cistein-S-il]])CH3 | -CH=CH2 | |
| Funkcionalna grupa na -C18 | -CH=O | -CH3 | -CH3 | -CH3 | |
Far* = farnezen
Najrasprostanjeniji tip jehem B dok su drugi važni tipovihem A[2] ihem C. Izolirane molekule hema se obično obilježavaju velikim slovima, dok se molekule hema vezane za bjelančevine označavaju malim slovima.Citokroma je hem A u kombinaciji s posebnom membranskom bjelančevinom koji formira diocitohrom c oksidaze.
Enzimski proces kojim se formira hem zove se sintezaporfirina, jer su svi međuspojevitetrapiroli koji su kemijski klasificirani kao porfirini. Ovaj je proces vrlo očuvan kod mnogih vrsta živih bića. Kod ljudi, taj se metabolički put gotovo isključivo koristi za sintezu hema. Kod drugih vrsta, ovim se procesom proizvode slični spojevi, kao što jekobalamin (vitamin B12).
Proces započinje sintezomD-aminolevulinske kiseline (dALA ili δALA) izaminokiselineglicina isukcinil CoA izKrebsovog ciklusa. Enzim koji katalizira ovu reakciju,ALA sintetaza, je ograničavajući faktor u sintezi hema. On je precizno reguliran količinom unutarstaničnogželjeza i koncentracijom hema. Nizak nivo željeza dovodi do smanjenja sinteze porfirina, što sprječava akumulaciju toksičnih međuspojeva. Ovaj mehanizam ima terapeutski značaj: infuzija hem arginata ilihematina može spriječiti napadporfirije kod pacijenata s urođenom metaboličkom greškom tog procesa, putem redukcije transkripcije ALA sintaze.
Sinteza hema se uglavnom zbiva ujetri ikoštanoj srži.
.png)
Degradacija počinje unutarmakrofagaslezene, koji uklanjaju stare i oštećeneeritrocite izkrvotoka. U prvom koraku, hem se konvertira ubiliverdin, enzimomhem oksigenaza (HOXG).NADPH ima ulogu redukcijskog faktora. Molekularni kisik jesupstrat iz koga se formiraCO, a željezo se oslobađa iz molekule kao ferični ion (Fe3+).
Biliverdin se zatim konvertira u bilirubin posredstvombiliverdin reduktaze (BVR).
Bilirubin se transportira u jetru vezan za krvnu bjelančevinualbumin, gdje se veže sglukuronskom kiselinom, što povećava njegovutopljivost u vodi.
Ta je reakcija katalizirana enzimom UDP-glukuronid transferaza (UDPGUTF). Ovaj se oblik bilirubina izlučuje iz jetre užuč.Crijevne bakterije odvajaju glukuronsku kiselinu i konvertiraju bilirubin uurobilinogen. Dio je urobilinogena absorbiran od crijevnih stanica, stoga sekrvotokom prenosi do bubrega i izlučuje putemurina. Ostatak ide u probavni trakt i konvertira se usterkobilinogen. Sterkobilinogen se oksidira usterkobilin, koji se izlučuje, i koji daje karakterističnu bojuizmetu.
Degradacija hema je evolucijski vrlo očuvan odgovor naoksidacijski stres. U slučaju izloženostislobodnim radikalima, stanica vrlo brzo povećava proizvodnju izoenzima oksigenaze-1 (HMOX1) koji katabolizira hem. Razlog za eksponencijalno povećanje sposobnosti stanice da razgradi hem, kao odgovor na oksidacijski stres nije jasan. Smatra se da je to zaštitni mehanizam stanice kojim se izbjegavaju štetni učinci slobodnog hema.
|author= (pomoć)