Hem jeprostetička grupa koja se sastoji od atomagvožđa smeštenog u centru velikogheterocikličnog organskog prstenaporfirina. Mada postoje porfirini bez gvožđa, najveći deo porfirin-sadržavajućihmetaloproteina ima hem kao prostetičku grupu. Oni su poznati kaohemoproteini. Hemi su najpoznatiji po prisustvu uhemoglobinu, crvenom pigmentu u krvi, ali se nalaze i u mnogim drugim hemoproteinima.
Hemoproteini imaju raznovrsne biološke funkcije među kojima je transport diatomskih gasova, hemijskakataliza, diatomska gasna detekcija, i elektronski transfer. Gvožđe hema služi kao izvor ili potrošač elektrona tokom transfera elektrona ili redoks hemije. Uperoksidaznim reakcijama, molekulporfirina takođe služi kao izvor elektrona. U transportu ili detekciji diatomskih gasova, gas se vezuje za gvožđe hema. Tokom detekcije diatomskih gasova, vezivanje gasovitogliganda za gvožđe hema indukujekonformacione promene okružujućeg proteina.
Smatra se da je originalna evoluciona ulogahemoproteina bila elektronski transfer u primitivnim, na sumporu baziranimfotosintetičkim putevima u drevnimcijanobakterijama pre pojave molekularnog kiseonika.[1]
Hemoproteini ostvaraju svoju izvanrednu funkcionalnu raznovrsnost putem modifikovanja okruženja hemovog makrociklusa unutar proteinskog matriksa. Na primer, sposobnosthemoglobina da efektivno isporuči kiseonik tkivima je posledica specifičnih aminokiselinskih ostataka lociranih u blizini hema. Hemoglobin vezuje kiseonik upulmonarnoj vaskulaturi, gde jepH visok i pCO2 nizak, i otpušta ga u tkivima, gde je situacija obrnuta. Taj fenomen je poznat kaoBorov efekat. Molekularni mehanizam na kome se ovaj efekat zasniva je sterična organizacija globinskog lanca;histidinski ostaci, locirani pored hema, postaju pozitivno naelektrisani pod kiselim (niskim pH) uslovima (što je uzrokovanorastvorenim CO2 u mišićima pri radu, etc.), što dovodi do otpuštanja kiseonika sa hem grupe.
Postoji nekoliko biološki važnih vrsta hema:
| Hem a | Hem b | Hem c | Hem o | ||
|---|---|---|---|---|---|
| PubChem broj | 7888115 | 444098 | 444125 | 6323367 | |
| Hemijska 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 | |
Najrasprostanjeniji tip jehem B; drugi važni tipovi suhem A ihem C. Izolovani molekuli hema se obično obeležavaju velikim slovima, dok se hemovi vezani za protin označavaju malim slovima.Citohrom a je hem A u specifičnoj kombinaciji sa membranskim proteinom koji formira deocitohrom c oksidaze.
Enzimski proces kojim se formira hem se zove sintezaporfirina jer su svi intermedijaritetrapiroli koji su hemijski klasifikovani kao porfirini. Ovaj proces je visoko konzerviran kod mnogih vrsta živih bića. Kod ljudi, taj put se skoro ekskluzivno koristi za formiranje hema. Kod drugih vrsta, njime se takođe proizvode slične supstance, kao što jekobalamin (vitamin B12).
Put se inicira sintezomD-aminolevulinske kiseline (dALA ili δALA) izaminokiselineglicina isukcinil-CoA izKrebsovog ciklusa. Enzim odgovoran za ovu reakciju,ALA sintaza, ograničava brzinu sinteze hema. On je strogo regulisan nivoima intracelularnoggvožđa i koncentracijom hema. Nizak nivo gvožđa dovodi do umanjenja sinteze porfirina, što sprečava akumulaciju toksičnih intermedijara. Ovaj mehanizam ima terapeutski značaj: infuzijahem arginata ilihematina može da spreči napadporfirija kod pacijenata saurođenom greškom metabolizma tog procesa, putem redukcije transkripcije ALA sintaze.
Sinteza hema je uglavnom odvija ujetri ikičmenoj moždini, mada je svakoj ćeliji potreban hem za normalno funkcionisanje. Hem se smatra intermedijarom ukatabolizmu hemoglobina u procesubilirubinskog metabolizma.
Degradacija počinje unutarmakrofagaslezine, koji uklanjaju stare i oštećeneeritrocite izcirkulacija. U prvom koraku, hem se konvertuje ubiliverdin enzimomhem oksigenaza (HOXG).NADPH se koristi kao redukcini agens. Molekulski kiseonik je supstrat iz koga se formiraugljen-monoksid (CO), a gvožđe se otpušta iz molekula kao feri jon (Fe3+).
Biliverdin se zatim konvertuje u bilirubin posredstvombiliverdin reduktaze (BVR). Bilirubin vezan za protein (serumski albumin) se transportuje u jetru, gde se vezuje saglukuronskom kiselinom, što povećava njegovu rastvorljivost u vodi. Ta reakcija je katalizovana enzimomUDP-glukuronid transferaza (UDPGUTF). Ovaj oblik bilirubina se izlučuje iz jetre užuč.Intestinalne bakterije odvajaju glukuronsku kiselinu i konvertuju bilirubin dourobilinogena. Deo urobilinogena apsorbuju intestinalne ćelije i on se transportuje u bubrege i izlučuje pute urina. Ostatak ide u digestivni trakt i konvertuje se usterkobilinogen. On se oksiduje dosterkobilina, koji se izlučuje, i koji daju bojuizmetu.
Degradacija hema je evoluciono konzerviran respons na oksidativni stres. Kad su ćelije izložene slobodnim radikalima, dolazi do brze indukcije izražavanja izoenzima oksigenaza-1 (Hmox1) koji katabolizuje hem. Razlog za eksponencijalno povećanje ćelijske sposobnosti da degradira hem u odgovoru na oksidativni stres nije jasan. Smatra se da je to deo citoprotektivnog odgovora kojim se izbegavaju štetni efekti slobodnog hema.
| Međunarodne | |
|---|---|
| Državne | |
| Ostale | |
