Sintesi e Degradazione dell’eme

Struttura dell’eme L’eme è una forma di ferro solubile biologicamente disponibile per il trasporto di elettroni. La presenza di doppi legami coniugati fa sì che esso assorba nell’UV e che sia fluorescente

EME L’eme è una ferroprotoporfirina, un chelato dello ione ferroso (Fe2+) e delle protoporfirina IX La porfirina è un composto ciclico formato da 4 anelli pirrolici legati tra loro da ponti metinici Per sostituzione degli 8H angolari delle porfirine si ottengono le protoporfirine È legato non covalentemente sia all’Hb che alla mioglobina

IL GRUPPO EME (protoporfirina IX + Fe2+) L’atomo di ferro (II) centrale è legato ai quattro atomi di azoto dell’anello porfirinico, con una catena laterale di un’istidina (HIS prossimale) e, quando è presente, con l’ossigeno molecolare. NH2 COOH

Esposti sulla superficie della molecola Sepolti nell’interno idrofobico 4 gruppi metilici 2 gruppi vinilici 2 gruppi propionici Esposti sulla superficie della molecola Protoporfirina Ferroprotoporfirina IX (eme) Ferro allo stato ferroso (Fe2+): esa-coordinato quando la proteina è in forma ossigenata (4 legami planari e due assiali, perpendicolari alla struttura planare del gruppo eme)

Citocromo c

La biosintesi dell’eme

SINTESI DELL'EME La sintesi dell'eme avviene in parte nei mitocondri ed in parte nel citoplasma.

1 Acido d-aminolevulinicosintetasi (ALA sintetasi): Succinil-CoA + Glicina ------------> d-Aminolevulinato + CoA + CO2 La reazione a localizzazione mitocondriale avviene in due tappe: condensazione e decarbossilazione. L'ALA per essere ulteriormente metabolizzato deve essere esportato nel citoplasma. 

REGOLAZIONE DELLA SINTESI DELL' EME La biosintesi dell'eme avviene essenzialmente nelle cellule eritroidi e nel fegato. Nel fegato l'eme serve come gruppo prostetico del citocromo P450, enzima ossidativo di cui le cellule epatiche hanno bisogno in quantità variabili. Pertanto la sintesi dell'eme deve poter essere attivata o non secondo tali esigenze. La ALA sintasi controlla la tappa limitante della sintesi:  1. L'eme è un inibitore a feed-back del' ALA sintasi. 2. L'eme inibisce il trasporto dell'ALA sintasi dal citoplasma al mitocondrio. 3. L'eme reprime la sintesi dell'ALA sintasi. Nelle cellule eritroidi l'eme serve come gruppo prostetico dell' emoglobina. Nelle cellule del sistema eritropoietico la sintesi dell'eme avviene in   in maniera coordinata con la sintesi della globina. Quando l'eme è disponibile, la sintesi della globina avviene.  

LE PORFIRIE Sono malattie legate alla mancanza di uno degli enzimi che convertono l’acido δ amminolevulinico (ALA) nell’eme L’eme entra nella costituzione di: emoglobina e mioglobina, citocromi, perossidasi e catalasi. Le protoporfirine sono molecole fluorescenti Le porfirie sono classificate in eritroidi o epatiche a seconda della sede anatomica maggiormente colpita Mary Stuart Re Giorgio III

LE PORFIRIE I difetti genetici della biosintesi dell'eme nel fegato e nelle cellule eritropoietiche sono detti porfirie. Tutte le porfirie sono caratterizzate dall'escrezione di intermedi della sintesi dell'eme nelle urine, che diventano rosse e dal loro deposito nei denti, che si colorano di rosso-bruno. L' accumulo di questi prodotti nella pelle la rendono ipersensibile ai raggi solari. Altro sintomo associato alle porfirie è sovente la crescita di una fine peluria sul volto ed alle estremità degli arti (lupo mannaro).  MALATTIA DEFICIT ENZIMATICO LOCALIZZAZIONE Porfiria congenita eritropoietica  Uroporfirinogeno III cosintasi Cellule eritroidi Porfiria eritropoietica Ferrochelatasi Porfiria intermittente acuta Uroporfirinogeno I sintasi Cellule epatiche Coproporfiria ereditaria Coproporfirinogeno ossidasi Porfiria cutanea tarda Uroporfirinogeno decarbossilasi

Le urine sono rosso scuro e fluorescenti I sintomi possono essere di 2 tipi: Lesioni bollose – tipiche dei pazienti affetti da porfiria cutanea tarda (PCT) o da porfiria variegata (VP) Fotosensibilità immediata – tipica dei pazienti affetti da porfiria eritropoietica (EP)

I sintomi sono dovuti anche alla localizzazione dell’intermedio che si accumula Le diverse porfirie hanno sintomi diversi (scottature, edema, vesciche) a seconda della solubilità dei diversi intermedi

CATABOLISMO DELL’EME Citocromi Emoglobina contenuta nei globuli rossi invecchiati L'eme non può essere riutilizzato,  per cui viene trasformato in bilirubina ed escreto. Il ferro, invece, viene conservato. DEGRADAZIONE DELL' EME La maggior parte dell'eme che viene degradato  nella milza deriva dall'emoglobina. L'eme non può essere riutilizzato,  per cui viene trasformato in bilirubina ed escreto. Il ferro, invece, viene conservato.

Degradazione dell’eme Sistema reticoloendoteliale: reticolociti (milza, polmoni, midollo osseo, linfonodi) macrofagi cellule di Kupffer (fegato)

FIGURE 22-25 Bilirubin and its breakdown products FIGURE 22-25 Bilirubin and its breakdown products. M represents methyl; V, vinyl; Pr, propionyl; E, ethyl. For ease of comparison, these structures are shown in linear form, rather than in their correct stereochemical conformations.

Tipo I inducibile dal substrato Tipo II costitutivo FIGURE 22-25 (part 1) Bilirubin and its breakdown products. M represents methyl; V, vinyl; Pr, propionyl; E, ethyl. For ease of comparison, these structures are shown in linear form, rather than in their correct stereochemical conformations.

FIGURE 22-25 (part 2) Bilirubin and its breakdown products FIGURE 22-25 (part 2) Bilirubin and its breakdown products. M represents methyl; V, vinyl; Pr, propionyl; E, ethyl. For ease of comparison, these structures are shown in linear form, rather than in their correct stereochemical conformations.

LE REAZIONI Eme ossigenasi: è un enzima microsomale che catalizza l' apertura regiospecifica dell'anello dell'eme con formazione di biliverdina, CO e ferro. Sono richiesti ossigeno molecolare ed equivalenti riducenti forniti dalla NADPH-citocromo p450 reduttasi.  Eme + 2 NADPH +3 O2 -------------> Biliverdina + Fe2+ + CO + 2 NADP+ +  3H2O

CATABOLISMO DELL’EME

Biliverdina reduttasi: Biliverdina + NADPH-------->Bilirubina +NADP+

La bilirubina trasportata al fegato in complesso con l'albumina serica, viene coniugata con acido glucuronico per formare un prodotto solubile in acqua ad opera della  UDP glucuronil trasferasi. Nell' intestino la bilirubina diglucuronide viene ritrasformata in bilirubina ad opera della flora batterica e poi in prodotti di degradazione tra cui l'urobilinogeno da cui si forma la stercobilina. Parte dell'urobilinogeno viene riassorbita e trasportata per via ematica al rene dove viene convertita nel pigmento giallo urobilina ed escreta.

IPERBILIRUBINEMIE La determinazione clinica della bilirubina plasmatica distingue tra bilirubina diretta (coniugata) ed indiretta (libera). Le iperbilirubinemie possono originare da: 1. aumentata produzione di bilirubina (pre epatica) 2. diminuito ingresso di bilirubina nelle cellule epatiche (epatica) 3. deficit di coniugazione di bilirubina (epatico) 4. alterato meccanismo di secrezione della bilirubina coniugata. (post epatica)

Normale metabolismo della bilirubina nel fegato

Ittero emolitico (aumentata produzione di bilirubina) Molta più bilirubina è coniugata ed escreta, ma il meccanismo di coniugazione è saturato per cui una grande quantità di bilirubina indiretta è presente nel plasma. Le iperbilirubinemie possono originare da: aumentata produzione di bilirubina (pre epatica)

Le iperbilirubinemie possono originare da:   Sindrome di Gilbert (diminuito ingresso nelle cellule epatiche) Accumulo di bilirubina indiretta nel plasma Le iperbilirubinemie possono originare da: 2. diminuito ingresso di bilirubina nelle cellule epatiche (epatica)

Le iperbilirubinemie possono originare da: Sindrome di Crigler-Najjar / Ittero fisiologico (deficit di coniugazione) Accumulo di bilirubina indiretta nel plasma. Nel neonato prematuro il deficit di coniugazione è dovuto a insufficienti livelli di bilirubina glucoronil trasferasi Le iperbilirubinemie possono originare da: 3. deficit di coniugazione di bilirubina (epatico)

La bilirubina coniugata torna nel plasma. Sindrome di Dubin-Johnson (alterato meccanismo di secrezione della bilirubina coniugata) La bilirubina coniugata torna nel plasma. Le iperbilirubinemie possono originare da: 4. alterato meccanismo di secrezione della bilirubina coniugata. (post epatica)

La bilirubina coniugata torna nel plasma. Ostruzione delle vie biliari (alterato meccanismo di secrezione della bilirubina coniugata) La bilirubina coniugata torna nel plasma.

Intestino Idrolasi batteriche scissione dei glucuronidi e formazione di urobilinogeni (incolori) Ossidazione urobilino geni nell’intestino formazione di prodotti colorati, le stercobiline. Riassorbimeno urobilinogeni rene urobiline

LA BILE La bile è composta da acqua per l'82%, quindi da acidi biliari (12%), lecitina ed altri fosfolipidi (4%) e colesterolo non esterificato (0,7%). I sali biliari primari (colico e chenodesossicolico) vengono sintetizzati dalle cellule epatiche a partire dal colesterolo endogeno, coniugati con glicina e taurina, ed in parte vengono riassorbiti con la circolazione enteroepatica. Gli acidi biliari primari sono metabolizzati nel colon ad opera di batteri e vengono trasformati negli acidi biliari secondari il desossicolico . Nell'intestino i sali biliari esplicano la loro funzione emulsionante o detergente sulle particelle di grasso alimentare, frammentandole in particelle più piccole e rendendole idrosolubili.

BILIRUBINA La bilirubina circolante prodotta per l'80-90% dalla lisi dei globuli rossi giunge al fegato legata all'albumina (non idrosolubile). Le cellule epatiche provvedono a "catturarla" ed a renderla solubile legandola a sostanze particolari (acido glucuronico e ione solfato). Viene poi secreta nei canalicoli biliari e attraverso le vie biliari extraepatiche, giunge nel duodeno dove, per azione della flora batterica intestinale, viene trasformata ed eliminata con le feci come stercobilinogeno ed in parte riassorbita ed eliminata per via urinaria come urobilinogeno.

BILIRUBINEMIA Valori ematici normali Bilirubina totale: 0.3 - 1.0 mg/dl Bilirubina diretta: 0.0 - 0.4 mg/dl Bilirubina indiretta: 0.3 - 1.0 mg/dl Il destino fisiologico della bilirubina è quello di esser legata dalla proteina albumina che la trasporta fino al fegato. Qui la bilirubina viene coniugata con l'acido glucuronico per divenire maggiormente solubile e passare poi nella cistifellea ed essere riversata, con la bile, nell'intestino dove per opera di alcuni batteri viene ridotta ad urobilinogeno e stercobilinogeno. Questi ultimi due prodotti possono essere eliminati con le feci.  Perchè si esegue l'analisi? La presenza di bilirubina nel circolo sanguigno e la sua conseguente diffusione nei tessuti è la causa di un classico sintomo dei danni epatici e degli eritrociti: l'ittero. Le cause possono essere un'elevata distruzione dei globuli rossi (ittero emolitico), disturbi del fegato (ittero epatocellulare) o un diminuito deflusso della bile (ittero da ostruzione dovuto a calcoli biliari). L'aumento della bilirubina diretta, cioè coniugata all'acido glucuronico, indica la presenza di un danno epatico. Mentre un aumento della bilirubina totale, cioè sia glucuronata che legata all'albumina, indica la presenza di danni extraepatici.