Sirohem
Katabolisme av hem i dyr og mennesker
Biliverdin er det første nedbrytningsproduktet i katabolismen av porfyrinet hem, katalysert av hem oksidase, blant annet fra hemoglobin i nedbrutte røde blodceller (erytrocytter) i milten
hem → biliverdin + Fe2+ + CO
Ferrojern (Fe2+) blir bundet til ferritin for å unngå Haber-Weiss- og Fentonreaksjoner. Karbonmonoksid (CO) er giftig i større konsentrasjon og blir bundet til hemoglobin. Imidlertid kan mindre mengder CO produsert av hem oksidase ha en reguleringsfunksjon. Primater har tre isoenzymer av hem oksidase (HO-1, HO-2 og HO-3) og hører med til gruppen varmesjokkproteiner. Genet som koder for HO-1 blir påvirket av mange stressfaktorer.
Nedbrytningen skjer i makrofager i retikuloendotel systemet i milt og lever. Hem kommer fra hemoglobin i gamle eller skadete røde blodlegemer. Proteinet globin og hem skilles fra hemoglobin. Enzymet biliverdin reduktase omdanner biliverdin til bilirubin med reduksjonskraft og elektroner fra NAD(P)H:
biliverdin + NADPH + H+ → bilirubin + NADP+
Bilirubin er et tetrapyrrol som er lite løselig i vann. Bilirubin har likhetstrekk med pigmentet fykocyanin og fykoerythrin i fykobilin i blågrønnbakterier. Bilirubin kan binde seg til albumin i blodplasma og blir som et bilirubin-albuminkompleks fraktet til leveren hvor det blir koblet til to molekyler med glukuronsyre, et polart molekyl, bilirubin-diglukuronid katalysert av glukuronyl transferase. Vannløselig bilirubin-diglukuronid tas opp i tynntarmen som en del av gallen. I tynntarmen blir noe konjugert bilirubin hydrolysert til bilirubin og glukuronsyre, men mesteparten kommer ut i.tykktarmen hvor bakterier omdanner bilirubin-diglukuronid til urobilinogen, som deretter blir oksidert til brunfarget sterkobilin som skilles ut med avføringen (feces). Noe urobilinogen blir reabsorbert, fraktet til nyrene via blodet, og deretter omdannet til urobilin som gir stågulfarge på urinen. Noe urobilinogen blir transportert tilbake til leveren og konjugert på nytt via enterohepatisk urobilinogensyklus.
Biosyntese av hem
Biosyntesen av hem starter med deltaaminolevulinsyre (δ-aminolevulinat). Hos planter blir δ-aminolevulinat laget fra aminosyren glutamat, og biosyntesen av hem har felles enzymer med biosyntesen av klorofyll. Hos de fleste dyr blir δ-aminolevulinat laget fra succinyl-CoA og aminosyren glycin katalysert av δ-aminolevulinat syntase.
Enzymet porfobilinogen syntase kobler sammen åtte molekyler δ-aminolevulinat og det dannes fire molekyler med porfobilinogen som inneholder hver sin ring med pyrrol:
8 δ-aminolevulinat→ 4 porfobilinogen + 8H2O
De fire pyrrol kobles sammen og danner i to trinn en ringformet terapyroll kalt uroporfyrinogen III.
Først kobles fire porfobilinogen og danner pre-uroporfyrinogen katalysert av uroporfyrinogen syntase:
4 porfobilinogen → pre-uroporfyrinogen + 4 ammonium (NH4+)
Pre-uroporfyrinogen danner en sluttet ring katalysert av uroporfyrinogen III kosyntase:
pre-uroporfyrinogen → uroporfyrinogen III + H2O
Deretter skjer det en dekarboksylering katalysert av uroporfyrinogen dekarboksylase:
uropofyrinogen III → koproporfyrinogen III + 4CO2
Etterfulgt av en oksidativ dekarboksylering katalysert av koproporfyrinogen oksidase:
koproporfyrinogen III → protoporfyrinogen + 2CO2
Deretter skjer det en ny oksidering katalysert av protoporfyinogen oksidase og avsluttes med at ferrojern chelateres inn i porfyrinringen katalysert av ferrochelatase:
protoporfyrinogen → protoporfyrin
protoporfyrin + Fe2+ → hem
Det er flere porfyrisykdommer (porfyrias) som skyldes mutasjoner i gener som koder for enzymer i biosynteseveien fra δ-aminolevulinat til hem, og som gir opphopning av mellomprodukter. Porfyri er sjeldne genetiske sykdommer, men akutt intermittent porfyri er en av dem, og gir opphopning av porfobilinogen og δ-aminolevulinat.