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 распространенный тип порфирина к нему относится 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 тканях и крови 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 не окрашены 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).

Иногда при лёгких формах наследственных порфирии 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 -это еще более редкое врожденное заболевание, наследуе­мое по аутосомно-рецессивному типу. Молекуляр­ная природа этой болезни точно неизвестна; уста­новлено, однако, что для нее характерен определен­ный дисбаланс относительных активностей уропорфириноген-Ш-косинтазы и уропорфириноген-1-синтазы. Образование уропорфириногена Iв коли­чественном отношении значительно превосходит синтез уропорфириногенаIII—нормального изоме­ра на пути синтеза гема. Хотя генетическое наруше­ние распространяется на все клетки, проявляется оно по неизвестной причине преимущественно в эритропоэтической ткани. Пациенты с врожденной эритропоэтической порфирией экскретируют большие ко­личества изомеров типа Iуропорфириногена и копропорфириногена; в моче оба этих соединения само­произвольно окисляются в уропорфирин Iи копропорфиринI—красные флуоресцирующие пигменты. Сообщалось о случае, когда наблюдалось неболь­шое повышение концентрации уропорфиринаIII, но отношение изомеров типа Iи IIIсоставляло пример­но 100:1.Циркулирующие эритроциты содержат бо­льшое количество уропорфирина 1,однако, наивыс­шая концентрация этого порфирина отмечена в клет­ках костного мозга (но не в гепатоцитах).

Отмечается светочувствительность кожи,обусловленная характером спектра поглощения порфириновых соединений, которые образуются в боль­ших количествах. У пациентов отмечаются трещины на коже, часто наблюдаются гемолитические явле­ния.

Наследственная копропорфирия —аутосомно-доминантное нарушение, обусловленное дефицитомкопропорфнрнногеноксидазы —митохондриального фермента, ответственного за превращение копропорфириногена IIIв протопорфириноген IX.Копропорфириноген IIIв больших количествах удаляется из организма в составе фекалий, а также вследствие его растворимости в воде экскретируется в большом количестве с мочой. Как и уропорфириноген, копропорфириноген на свету и воздухе быстро окисляется, превращаясь в красный пигмент копропорфирин.

Ограниченная при этом заболевании способность к синтезу гема (особенно в стрессовых условиях) приводит к дерепрессии АЛК-сиитазы. В результате наблюдается избыточное образование АЛК и порфобилиногена, а также других интермедиатов на пу­ти синтеза тема, образующихся на стадиях, предше­ствующих наследственно заблокированному этапу. Соответственно у пациентов с наследственной копропорфирией обнаруживаются все признаки и симптомы, связанные с избытком АЛК и порфобилиногена, которые характерны для перемежающейся острой порфирии, но помимо этого у них имеется повышенная светочувствительность, обусловленная присутствием избыточных количеств копропорфириногенов и уропорфириногенов. При этом заболе­вании введение гематина также может вызвать по крайней мере частичную репрессию АЛК-синтазы и смягчение симптомов, обусловленных перепрои­зводством интермедиатов биосинтеза гема.

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.Судя по данным, полученным на культуре фибробластов кожи, у больных мозаичной порфирией 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. Как от­мечалось выше, повышенная активность АЛК-синтазы ведет к перепроизводству всех интермедиа­тов синтеза гема на участках перед заблокированной стадией. Таким образом, 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,вероятно, является наиболее распространенной формой порфирии. Обычно она связана с теми или иными поражениями печени, особенно при избыточном потреблении ал­коголя или перегрузке ионами железа. Природа ме­таболического нарушения точно не установлена, но 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. В соответствии с предсказаниями моча содержит повышенные коли­чества уропорфиринов типа Iи 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 феррохелатазыв 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 64500Да, состоит из 4 гемов и 4 глобинов. Глобины представлены полипептидными цепями различных типов,,,и т.д.-цепь содержит 141 АК, а- цепь – 146 АК. Отдельные участки полипептидных цепей образуют правозакрученные-спирали, особое расположение в пространстве которых формирует глобулы. Глобула -субъединицы содержит 8-спиралей, а-субъединицы –7. Гем располагается в щелях между Е иFспиралями глобина, прикрепляясь через гистидинF₈ к спиралиFс 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- и-глобулами. В результате образуются 2 димера₁₁и₂₂. 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 600 литров;

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

• Регулирует КОС крови.