Нарушения синтеза гема. Порфирии

Порфирии - гетерогенная группа заболеваний, вызванная нарушениями синтеза гема вследствие дефицита одного или нескольких ферментов.

Классификации порфирий

Единой классификации порфирий нет. Порфирии делят по причинам на:

1) Наследственные. Возникают при дефекте гена фермента, участвующего в синтезе гема;

2) Приобретенные. Возникают при ингибирующем влиянии токсических соединений (гексохлорбензол, соли тяжелых металлов - свинец) на ферменты синтеза гема.

В зависимости от преимущественной локализации дефицита фермента (в печени или эритроцитах) порфирин делится на:

1) печеночные – наиболее распространенны. К ним относятся острая перемежающаяся порфирия (ОПП), поздняя кожная порфирия, наследственная копропорфирия, мозаичная порфирия;

2) эритропоэтические – врожденная эритропоэтическая порфирия (болезнь Гюнтера), эритропоэтическая протопорфирия.

В зависимости от клинической картины, порфирии делят на:

1) острые.

2) хронические.

Негативные последствия порфирий связаны с дефицитом гема и накоплением в организме промежуточных продуктов синтеза гема – порфириногенов и продуктов их окисления. При эритропоэтических порфириях порфирины накапливаются в нормобластах и эритроцитах, при печёночных — в гепатоцитах.

Для каждого вида порфирии существует определенный уровень ферментативного дефекта, в результате накапливаются продукты, синтезирующиеся выше этого уровня. Эти продукты являются основными диагностическими маркерами заболевания.

Порфириногены ядовиты, при тяжёлых формах порфирий они вызывают нейропсихические расстройства, нарушения функций РЭС и повреждения кожи.

Нейропсихические расстройства при порфириях связаны с тем, что аминолевулинат и порфириногены являются нейротоксинами.

В коже на солнце порфириногены легко превращаются в порфирины. Кислород при взаимодействии с порфиринами переходит в синглетное состояние. Синглетный кислород стимулирует ПОЛ клеточных мембран и разрушение клеток, поэтому порфирии часто сопровождаются фотосенсибилизацией и изъязвлением открытых участков кожи.

Порфириногены бесцветны и не флуоресцируют, а порфирины проявляют интенсивную красную флуоресценцию в ультрафиолетовых лучах. Избыток порфиринов который выводиться с мочой, придает ей темный цвет («порфирин» в переводе с греч. означает пурпурный).

При лёгких формах наследственных порфирий заболевание может протекать бессимптомно, но приём лекарств, являющихся индукторами синтеза аминолевулинатсинтазы, может вызвать обострение болезни. В некоторых случаях симптомы болезни не проявляются до периода полового созревания, когда повышение образования β-стероидов вызывает индукцию синтеза аминолевулинатсинтазы. Порфирии наблюдают и при отравлениях солями свинца, так как свинец ингибирует аминолевулинатдегидратазу и феррохелатазу. Некоторые галогенсодержащие гербициды и инсектициды являются индукторами синтеза аминолевулинатсинтазы, поэтому попадание их в организм сопровождается симптомами порфирии.

Виды порфирий

Острая перемежающая порфирия (ОПП) – причина – дефект гена, кодирующего ПБГ – дезаминазу. Наследуется по аутосомно-доминатному типу. Происходит накопление ранних предшественников синтеза гема: 5- АЛК (5- ALA) и порфобилиногена (ПБГ).

Бесцветный ПБГ на свету превращается в порфибилин и порфирин, они предают моче темный цвет. АЛК оказывает нейротоксическое действие, приводя к вялому параличу конечностей и парезу дыхательной мускулатуры. Последнее вызывает острую дыхательную недостаточность. Заболевание проявляется в среднем возрасте, провоцируется приемом анальгетиков, сульфаниломидных препаратов, так как они увеличивают синтез АЛК – синтазы.

Клинической симптоматикой являются острые боли в животе, рвота, запор, сердечно-сосудистые нарушения, нервно-психические расстройства. Не наблюдается повышенной чувствительности к свету, так как метаболическое нарушение проходит на стадии, предшествующей образованию уропорфириногена.

Для лечения применяют препарат нормосанг – аргинат гема. Действие основано на том, что гем, по механизму отрицательной обратной связи блокирует трансляцию АЛК – синтазы, а, следовательно, падает синтез АЛК и ПБГ, чем и достигается купирование симптоматики.

Врожденная эритропоэтическаяпорфирия - редкое врожденное заболевание, наследуе­мое по аутосомно-рецессивному типу. Для нее характерна низкая активность уропорфириноген-III-косинтазы и высокая - уропорфириноген-I-синтазы. Образование уропорфириногена-I значительно превосходит синтез уропорфириногена-III (нормального изоме­ра на пути синтеза гемма). Хотя генетическое наруше­ние распространяется на все клетки, проявляется оно по неизвестной причине преимущественно в эритропоэтической ткани. Пациенты экскретируют с мочой большие ко­личествауропорфириногена-I и копропорфириногена-I; которые на воздухе само­произвольно окисляются в уропорфирин-I и копропорфирин-I — красные флуоресцирующие пигменты. Циркулирующие эритроциты содержат бо­льшое количество уропорфирина-I, однако, наивыс­шая концентрация этого порфирина отмечена в клет­ках костного мозга.

Отмечается светочувствительность кожи, обусловленная активацией ПОЛ при действии света на порфириновые соединения. У пациентов отмечаются трещины на коже, часто наблюдаются гемолитические явле­ния.

Наследственная копропорфирия — аутосомно-доминантное нарушение, обусловленное дефицитом копропорфириногеноксидазы — митохондриального фермента, ответственного за превращение копропорфириногена III в протопорфириноген IX. Копропорфириноген III в больших количествах удаляется из организма в составе фекалий и с мочой. Копропорфириноген на свету и воздухе быстро окисляется, превращаясь в красный пигмент копропорфирин.

Ограниченная способность к синтезу гема (особенно в стрессовых условиях) приводит к дерепрессии АЛК-синтазы. В результате наблюдается избыточное образование АЛК, порфобилиногена и других интермедиатов синтеза гема. У пациентов обнаруживаются все признаки и симптомы, связанные с избытком АЛК и порфобилиногена, которые характерны для перемежающейся острой порфирии, имеется повышенная светочувствительность, обусловленная присутствием избыточных количеств копропорфириногенов и уропорфириногенов.

Мозаичная порфирия, или наследственная фоторопорфирия, является аутосомно-доминантным нарушением, при котором происходит частичное блокирование ферментативного превращения протопорфириногена в гем. В норме это превращение осуществляется двумя ферментами, протопорфириногеноксидазой и феррохелатазой, локализованны­ми в митохондриях. Содержание протопорфириногеноксидазы составляет лишь половину нормального количе­ства. У пациентов с мозаичной порфирией наблю­дается относительная недостаточность содержания гема в стрессовых условиях, а также дерепрессированное состояние печеночной АЛК-синтазы. Что ведет к перепроизводству всех интермедиа­тов синтеза гема на участках перед заблокированной стадией. Пациенты с мозаичной пор­фирией экскретируют с мочой избыточные количе­ства АЛК, порфобилиногена, уропорфирина и копропорфирина, а с фекалиями выделяют уропорфирин, копропорфирин и протопорфирин. Моча боль­ных пигментирована и флуоресцирует, а кожа чувствительна к свету так же, как и у больных позд­ней кожной порфирией (см. ниже).

Поздняя кожная порфирия является наиболее распространенной формой порфирии. Обычно она связана с поражениями печени, особенно при избыточном потреблении ал­коголя или перегрузке ионами железа. Вероятной причиной является частичная недоста­точность уропорфириноген-декарбоксилазы. Наруше­ние, по-видимому, передается как аутосомно-доминантный признак, но генетическая пенетрантность различна и в большинстве случаев зависит от наличия нарушений функций печени. Моча содержит повышенные коли­чества уропорфиринов типа I и III; в то же время экскреция с мочой АЛК и порфобилиногена наблю­дается сравнительно редко. Иногда моча содержит весьма значительное количество порфиринов, при­дающих ей розоватый оттенок; при подкислении она чаще всего дает в ультрафиолетовой области розо­вую флуоресценцию.

Печень содержит большие количества порфири­нов и поэтому сильно флуоресцирует, тогда как у эритроцитов и клеток костного мозга флуоресцен­ция отсутствует. Главным клиническим проявле­нием при поздней кожной порфирии является повы­шенная светочувствительность кожи. У больных не наблюдается ни повышенной активности АЛК-синтазы, ни соответственно избыточного содержа­ния в моче порфобилиногена и АЛК; это коррели­рует с отсутствием острых приступов, характерных для перемежающейся острой порфирии.

Протопорфирия, или эритропоэтическая протопорфирия, по-видимому, обусловлена доминантно наследуемой недостаточной активностью феррохелатазы в митохондриях всех тканей; клинически эта болезнь проявляется как острая крапивница, вызы­ваемая воздействием солнечных лучей. Эритроциты, плазма и фекалии содержат повышенные количества протопорфирина IX, а ретикулоциты (незрелые эри­троциты) и кожа (при исследовании с помощью биопсии) часто флуоресцируют красным светом. Печень, вероятно, тоже вносит вклад в повыше­ние образования протопорфирина IX, однако экскре­ции с мочой порфиринов и их предшественников не наблюдается.

 

Синтез гемоглобина

Синтезированный в митохондриях гем индуцируется синтез цепей глобина на полирибосомах. Гены цепей глобина расположены в 11 и 16 хромосоме.

Цепи глобина формируют глобулы и соединяются с гемом. 4 глобулы нековалентно соединяются в гемоглобин.

Гемоглобин начинает синтезироваться на стадии базофильного эритробласта, а заканчивается у ретикулоцитов. В ретикулоцитах также идет синтез пуринов, пиримидинов, фосфатидов, липида. Чувствительным биохимическим индикатором для отличия ретикулоцитов от зрелых клеток является утрата последними глутаминазы. Глутамин в ретикулоцитах - источник углерода для синтеза порфирина и азота для синтеза пурина.

Строение гемоглобина

Гемоглобин - тетрамерный хромопротеин, имеет массу 64,5кДа, состоит из 4 гемов и 4 глобинов. Глобины представлены полипептидными цепями различных типов a, b, g, d и т.д. a-цепь содержит 141 АК, а b - цепь – 146 АК. Отдельные участки полипептидных цепей образуют правозакрученные a-спирали, особое расположение в пространстве которых формирует глобулы. Глобулаb-субъединицы содержит 8 a-спиралей, а a-субъединицы –7. Гем располагается в щелях между Е и F спиралями глобина, прикрепляясь через гистидин F₈ к спирали F с помощью 5 координационной связи железа. Гидрофобные остатки аминокислот окружающие гем, препятствуют окислению железа водой. 4 глобулы с участием гидрофобных, ионных и водородных связей формируют шарообразный тетрамер гемоглобина. Максимально прочные связи, в основном за счет гидрофобных связей, образуются между a- и b-глобулами. В результате образуются 2 димера a₁b₁ и a₂b₂. Димеры соединяются между собой в основном полярными (ионными и водородными) связями, поэтому взаимодействие димеров зависит от рН. Димеры легко перемещаются друг относительно друга. В центре тетрамера глобулы прилегают друг к другу неплотно, образуя полость.

Функции гемоглобина

· Обеспечивают перенос кислорода от легких к тканям. В сутки около 600литров;

· Участвует в переносе углекислого газа и протонов от тканей к легким;

· Образует гемоглобиновый буфер, регулирует КОС крови.

 

Производные гемоглобина

Гемоглобин со свободной шестой координационной связью железа в составе гема называется апогемоглобином.

Шестая координационная связь может связывать различные лиганды, с образованием следующих производных гемоглобина:

1) оксигемоглобин HbО₂ (Fe²⁺) – соединение молекулярного кислорода с гемоглобином. Процесс называется оксигенацией; обратный процесс - дезоксигенацией.

2) карбоксигемоглобин HbСО (Fe²⁺). Связь гема с СО в двести раз прочнее, чем с О₂. В норме в крови содержится 1% HbСО. У курильщиков к вечеру концентрация HbСО достигает 20%. При отравлении СО, из-за недостаточного снабжения тканей кислородом может наступить смерть.

3) метгемоглобин HbОН (Fe³⁺). Образуется при воздействии на гемоглобин окислителей (оксидов азота, метиленового синего, хлоратов). В норме в крови содержится <1% HbОН. Накопление метгемоглобина при некоторых заболеваниях (например, нарушение синтеза ГЛ-6-фосфатДГ), отравлении окислителями может стать причиной смерти, так как метгемоглобин не способен к переносу кислорода;

4) цианметгемоглобин HbСN (Fe³⁺). Образуется при присоединении СN^- к метгемоглобину. Эта реакция спасает организм от смертельного действия цианидов. Поэтому для лечения отравлений цианидами применяют метгемоглобинообразователи (нитрит Na);

Карбгемоглобин образуется, когда гемоглобин связывается с СО₂. Однако СО₂ присоединяется не к гему, а к NН₂ – группам глобина, с образованием карбаматов:

HbNH₂ + CO₂= HbNHCOO^- + H⁺

Карбгемоглобин выводит из организма 10-15% СО₂.

Дезоксигемоглобин Hb (Fe²⁺). Форма гемоглобина не связанная с кислородом. Дезоксигемоглобин связывает больше СО₂, чем оксигемоглобин.

В цитохромах гем присоединяется к белковой части через 5 и 6 координационные связи железа (через гистидин и метионин Е и F спиралей). Занятость всех координационных связей не позволяет цитохромам присоединять лиганды, поэтому они могут переносить только по 1 электрону.