المرجع الالكتروني للمعلوماتية
المرجع الألكتروني للمعلوماتية

علم الاحياء
عدد المواضيع في هذا القسم 10456 موضوعاً
النبات
الحيوان
الأحياء المجهرية
علم الأمراض
التقانة الإحيائية
التقنية الحياتية النانوية
علم الأجنة
الأحياء الجزيئي
علم وظائف الأعضاء
المضادات الحيوية

Untitled Document
أبحث عن شيء أخر
آية الكرسي
2024-10-12
من وجوه الانفاق
2024-10-12
افضلية النبي
2024-10-12
الأخلاق والنسبيّة
2024-10-12
الروايات غير الفقهيّة من كتاب علي (عليه السلام) / النهي عن مدح الجائرين ومعاونتهم.
2024-10-12
الروايات غير الفقهيّة من كتاب علي (عليه السلام) / أصحاب الإمام المهديّ.
2024-10-12

الأفعال التي تنصب مفعولين
23-12-2014
صيغ المبالغة
18-02-2015
اولاد الامام الحسين (عليه السلام)
3-04-2015
الجملة الإنشائية وأقسامها
26-03-2015
معاني صيغ الزيادة
17-02-2015
انواع التمور في العراق
27-5-2016

Heme Biosynthesis  
  
1924   11:30 صباحاً   date: 12-11-2021
Author : Denise R. Ferrier
Book or Source : Lippincott Illustrated Reviews: Biochemistry
Page and Part :


Read More
Date: 28-11-2021 1018
Date: 25-12-2021 1254
Date: 26-9-2021 1303

Heme Biosynthesis


The major sites of heme biosynthesis are the liver, which synthesizes a number of heme proteins (particularly the CYP proteins), and the erythrocyte-producing cells of the bone marrow, which are active in Hb synthesis. In the liver, the rate of heme synthesis is highly variable, responding to alterations in the cellular heme pool caused by fluctuating demands for hemeproteins. In contrast, heme synthesis in erythroid cells is relatively constant and is matched to the rate of globin synthesis. [Note: Over 85% of all heme synthesis occurs in erythroid tissue. Mature red blood cells (RBC) lack mitochondria and are unable to synthesize heme.] The initial reaction and the last three steps in the formation of porphyrins occur in mitochondria, whereas the intermediate steps of the biosynthetic pathway occur in the cytosol. 
1. δ-Aminolevulinic acid formation: All the carbon and nitrogen atoms of the porphyrin molecule are provided by glycine (a nonessential amino acid) and succinyl coenzyme A (a tricarboxylic acid cycle intermediate) that condense to form δ-aminolevulinic acid (ALA) in a reaction catalyzed by ALA synthase ([ALAS], Fig. 1). This reaction requires pyridoxal phosphate ([PLP] ) as a coenzyme and is the committed and rate-limiting step in porphyrin biosynthesis. [Note: There are two ALAS isoforms, each produced by different genes and controlled by different mechanisms. ALAS1 is found in all tissues, whereas ALAS2 is erythroid specific. Loss-of-function mutations in ALAS2 result in Xlinked sideroblastic anemia and iron overload.]

Figure 1: Pathway of porphyrin synthesis: Formation of porphobilinogen. [Note: ALAS2 is regulated by iron.] ALAS = δ-aminolevulinic acid synthase; CoA = coenzyme A; CO2 = carbon dioxide; PLP = pyridoxal phosphate. 


a. Heme (hemin) effects: When porphyrin production exceeds the availability of the apoproteins that require it, heme accumulates and is converted to hemin by the oxidation of Fe2+ to Fe3+. Hemin decreases the amount (and, thus, the activity) of ALAS1 by repressing transcription of its gene, increasing degradation of its messenger RNA, and decreasing import of the enzyme into mitochondria. [Note: In erythroid cells, ALAS2 is controlled by the availability of intracellular iron .]
b. Drug effects: Administration of any of a large number of drugs results in a significant increase in hepatic ALAS1 activity. These drugs are metabolized by the microsomal CYP monooxygenase system, a hemeprotein oxidase system found in the liver . In response to these drugs, the synthesis of CYP proteins increases, leading to an enhanced consumption of heme, a component of these proteins. This, in turn, causes a decrease in the concentration of heme in liver cells. The lower intracellular heme concentration leads to an increase in the synthesis of ALAS1 and prompts a corresponding increase in the synthesis of ALA.
2. Porphobilinogen formation: The cytosolic condensation of two ALA to form PBG by zinc-containing ALA dehydratase (PBG synthase) is extremely sensitive to inhibition by heavy metal ions (for example, lead) that replace the zinc (see 1). This inhibition is, in part, responsible for the elevation in ALA and the anemia seen in lead poisoning.
3. Uroporphyrinogen formation: The condensation of four PBG produces the linear tetrapyrrole hydroxymethylbilane, which is cyclized and isomerized by uroporphyrinogen III synthase to produce the asymmetric uroporphyrinogen III. This cyclic tetrapyrrole undergoes decarboxylation of its acetate groups by uroporphyrinogen III decarboxylase (UROD), generating coproporphyrinogen III (Fig. 2). The reactions occur in the cytosol.

Figure 2:  Pathway of porphyrin synthesis: formation of protoporphyrin IX. (Continued from Fig. 1.) The prefixes -uro (urine) and -copro (feces) reflect initial sites of discovery. [Note: Deficiency in uroporphyrinogen III synthase prevents isomerization, resulting in production of type I porphyrins.]


4. Heme formation: Coproporphyrinogen III enters the mitochondrion, and two propionate side chains are decarboxylated by coproporphyrinogen III oxidase to vinyl groups generating protoporphyrinogen IX, which is oxidized to protoporphyrin IX. The introduction of iron (as Fe2+) into protoporphyrin IX produces heme. This step can occur spontaneously, but the rate is enhanced by ferrochelatase, an enzyme that, like ALA dehydratase, is inhibited by lead (Fig. 3).


Figure 3: Pathway of porphyrin synthesis: formation of heme b. (Continued from Figs. 1 and 2.) Fe2+ = ferrous iron.




علم الأحياء المجهرية هو العلم الذي يختص بدراسة الأحياء الدقيقة من حيث الحجم والتي لا يمكن مشاهدتها بالعين المجرَّدة. اذ يتعامل مع الأشكال المجهرية من حيث طرق تكاثرها، ووظائف أجزائها ومكوناتها المختلفة، دورها في الطبيعة، والعلاقة المفيدة أو الضارة مع الكائنات الحية - ومنها الإنسان بشكل خاص - كما يدرس استعمالات هذه الكائنات في الصناعة والعلم. وتنقسم هذه الكائنات الدقيقة إلى: بكتيريا وفيروسات وفطريات وطفيليات.



يقوم علم الأحياء الجزيئي بدراسة الأحياء على المستوى الجزيئي، لذلك فهو يتداخل مع كلا من علم الأحياء والكيمياء وبشكل خاص مع علم الكيمياء الحيوية وعلم الوراثة في عدة مناطق وتخصصات. يهتم علم الاحياء الجزيئي بدراسة مختلف العلاقات المتبادلة بين كافة الأنظمة الخلوية وبخاصة العلاقات بين الدنا (DNA) والرنا (RNA) وعملية تصنيع البروتينات إضافة إلى آليات تنظيم هذه العملية وكافة العمليات الحيوية.



علم الوراثة هو أحد فروع علوم الحياة الحديثة الذي يبحث في أسباب التشابه والاختلاف في صفات الأجيال المتعاقبة من الأفراد التي ترتبط فيما بينها بصلة عضوية معينة كما يبحث فيما يؤدي اليه تلك الأسباب من نتائج مع إعطاء تفسير للمسببات ونتائجها. وعلى هذا الأساس فإن دراسة هذا العلم تتطلب الماماً واسعاً وقاعدة راسخة عميقة في شتى مجالات علوم الحياة كعلم الخلية وعلم الهيأة وعلم الأجنة وعلم البيئة والتصنيف والزراعة والطب وعلم البكتريا.