Пути биосинтеза гема удалось выяснить благодаря работам Shemin (1946—1953), Granick (1949—1968) и др. Было установлено, что для синтеза одной молекулы гема необходимо 8 молекул аминокислоты глицина (СНа — МНз — СООН). При помощи ферментов, содержащихся в ядерных эритроцитах птиц, удалось воспроизвести in vitro биосинтез порфиринов из глицина. Наиболее интенсивно этот биосинтез идет тогда, когда в инкубационной среде находится янтарная кислота или ее соли сукцинаты.
Янтарная кислота является основным компонентом, вступающим в соединение с глицином. Вначале янтарная кислота связывается с коэнзимом А . Образуется сукцинилкоэнзим А, который связывается с глицином. Для осуществления этой связи необходим фермент синтаза баминолевулиновой кислоты, а в качестве кофермента необходим пиридоксальфосфат — производное витамина B6. В результате реакции (см. схему) образуется aаминоbкетоадипиновая кислота:
Как все bкетоновые кислоты, aаминоbкетоадипиновая кислота — соединение очень нестойкое. Отщепление от нее группы СО2 ведет к образованию dаминолевулиновой кислоты — АЛК:
Из 2 молекул баминолевулиновой кислоты образуется порфобилиноген (ПБГ). Образование ПБГ из 2 молекул АЛК катализируется ферментом дегидратазой dаминолевулиновой кислоты. Активный центр этого фермента содержит сульфгидрильные группы.
Из 4 молекул порфобилиногена образуется уропорфириноген. В процессе образования уропорфириногена из ПБГ участвуют два фермента. Первый из них — термостабильный фермент уропорфириногенсинтаза — ведет к образованию полипирилметана, из которого под влиянием второго — термолабильного фермента уропорфириногенIIIкосинтазы, разрушающегося при температуре 60°С, образуется третий физиологический изомер уропорфириногена. При инактивации второго фермента синтезируется первый изомер уропорфириногена, имеющийся в норме в организме лишь в следовых количествах. Первый изомер уропорфириногена способен лишь к образованию копропорфириногена I, непригодного для синтеза гема.
Из уропорфириногена образуется копропорфириноген. В этом синтезе участвует фермент декарбоксилаза уропорфириногена, который может использовать для синтеза лишь восстановленную форму — уропорфириноген и не может использовать окисленную форму — уропорфирин. Образование протопорфириногена из копропорфириногена осуществляется ферментом оксидазой копропорфириногена. Следующий этап — образование протопорфирина из протопорфириногена — катализирует фермент оксидаза протопорфириногена [Jackson et al., 1974; Poulson, 1976]. Протопорфириноген не связывает металлов. Протопорфирин легко соединяется с железом, а также может соединяться с кобальтом и никелем. Связывание небольшого количества двухвалентного железа протопорфирином может идти и без участия ферментов. Goldberg и соавт. (1956) установили, что гем в организме образуется и благодаря действию фермента, названного в дальнейшем феррохелатазой. Активный центр этого фермента, так же как и фермента дегидратазы dаминолевулиновой кислоты, содержит сульфгидрильные группы.
Биосинтез порфиринов в организме осуществляется во всех клетках. Наибольшее количество порфиринов синтезируется в эритрокариоцитах костного мозга. Основная часть синтезированных там порфиринов идет на образование гемоглобина. Значительное количество порфиринов синтезируется в печени. Эти порфирины необходимы для образования каталазы, пероксидазы, цитохромов. В мышцах идет синтез гема, необходимого для образования миоглобина.
При определении порфиринов в моче, кале следует помнить, что они попадают туда из различных источников. У здоровых людей порфирины мочи и кала — это промежуточные продукты, образовавшиеся в ходе синтеза гема, оставшиеся неиспользованными. При патологических состояниях повышение содержания порфиринов может быть обусловлено гиперпродукцией этих веществ, недостаточной активностью ферментов, участвующих в их утилизации, и нарушением выведения порфиринов из организма.
АЛК и ПБГ попадают в мочу главным образом из эритрокариоцитов костного мозга и из печени. Главным источником порфиринов мочи в норме является печень; небольшая часть порфиринов попадает в мочу из эритрокариоцитов костного мозга. Копропорфириноген — основная форма нормального мочевого порфирина, однако он быстро окисляется в копропорфирин. В норме большая часть копропорфирина мочи относится к III изомерной форме. В моче у здоровых людей содержится также небольшое количество уропорфирина.
Кал содержит порфирины как экзогенного, так и эндогенного происхождения. Порфирины эндогенного .происхождения — Протопорфирин, копропорфирин — проникают в кал с желчью. Порфирины экзогенного происхождения — главным образом мезопорфирин и дейтропорфирин — являются продуктами жизнедеятельности некоторых микроорганизмов кишечника. Микроорганизмы могут производить порфирины из гемсодержащих составных частей пищи во время гниения, а также синтезировать порфирины из простых веществ.
Уропорфирин, копропорфирин и Протопорфирин могут быть определены в эритроцитах. Основной свободный порфирин эритроцитов — это Протопорфирин. Кроме того, в эритроцитах содержится малое количество свободного копропорфирина и уропорфирина.
В табл. 2 представлены нормы содержания порфиринов в моче, эритроцитах и кале. Содержание порфиринов в моче целесообразно выражать в микромолях на 1 г креатинина, так как за сутки выделяется с мочой около 1 г креатинина, а концентрация его в моче является мерой разведения мочи. Больной при этом не должен собирать суточную мочу.
Таблица 2. Нормальное содержание порфиринов и их предшественников в моче, кале и эритроцитах
Исследуемое вещество Новая единица измерения по системе СИ Колебания Старая единица измерения Колебания
Моча
АЛК мкмоль/1 г 4—19 мг/1 г 0,5—2,5
креатинина
креатинина
ПБГ То же 07 То же 0—1.5
Уропорфирин » » 0—24 мкг/1 г 0—20
Копропорфирин » » 30—120 креатинина То же 20—80
Кал
Копропорфирин мкмоль/1 г сухого кала 12—38 мкг/1 г сухого кала 8—25
Протопорфирин То же 1853 То же 18—30
Эритроциты
Уропорфирин мкмоль/л 0—5 мкг% 0—4
Копропорфирин То же 3—12 » 2—8
Протопорфирин » » 18—89 » 10—50
Эритроциты здоровых людей содержат ферменты, способные синтезировать порфирины из dаминолевулиновой кислоты (АЛК). Способность синтезировать АЛК или порфирины из глицина и янтарной кислоты, а также способность синтезировать гем из протопорфирина и железа зрелыми эритроцитами утрачивается.
Активность ферментов, синтезирующих порфирины из АЛК, выше в ретикулоцитах, чем в зрелых эритроцитах. Однако, по нашим данным [Идельсон Л. И, 1968], и зрелые эритроциты сохраняют способность синтезировать in vitro порфирины. Ферменты, участвующие в синтезе порфиринов в эритроцитах, — это остатки ферментов костного мозга. Активность их в эритроцитах, по всей вероятности, пропорциональна активности ферментов костного мозга.
Биосинтез гема, вероятно, контролируется по принципу обратной связи, т. е. такой системы регуляции, при которой накопление продукта, образующегося в ходе реакции, служит сигналом для торможения или полного прекращения реакции. Работами Granick было показано, что скорость синтеза гема зависит от реакции образования dаминолевулиновой кислоты. Можно предположить, что гем подавляет образование синтазы АЛК.
Путь распада гемоглобина отличается от пути, по которому идет его биосинтез. Увеличение содержания в организме уропорфирина, копропорфирина, протопорфирина, dаминолевулиновой кислоты, порфобилиногена никогда не является следствием распада гемоглобина; во всех случаях накопление этих веществ — следствие либо их повышенного производства, либо их недостаточного использования.
