Hemoglobin – syntes och nedbrytning av en molekyl som återanvänds

Som en del i min utbildning till biomedicinsk analytiker har jag läst om hemoglobin; hur det bildas i kroppen, vad det gör för nytta och hur det bryts ner.

Syntes av hemoglobin

Vi börjar med att titta på hur bemoglobin syntetiseras (blir till) i kroppen.

  1. Pronormoblasten bildar hemoglobin

    Det är en cell som hör till typen pronormoblast (ett tidigt stadium av erytrocyten) som producerar hemoglobinet i benmärgen. På den här cellens yta finns det receptorer för transferrin.

  2. Järn förs in i benmärgen

    Vi har en del järn i levern i form av ett ämne som heter ferritin. Men det mesta av järnet finns i vårt blod, där det i plasman binder till ämnet transferrin, trans som i transport. Järnet transporteras alltså med hjälp av transferrinet (som kallas för apo-transferrin när det inte är bundet till järn) och tar sig med hjälp av det in i vår benmärg. Där binder tranferrinet in till transferrin-receptorn och försvinner in i celler som en endosom.

    Det sker en konfirmationsförändring på receptorn. Järnet frigörs med hjälp av konfirmationsförändringen och ATP-pumpar som sitter på cellmembranet. Dessa pumpar in protoner i vesikeln, då sjunker pH-värdet inne i endosomen där hela komplexet mellan järn och tranferrin finns. Bindningen mellan dessa blir svag av det låga pH-värdet. Det sker en receptor-sekvensering. Järnet lämnar endosomen och hamnar i cellens cytosol, apo-transferringet släpps tillbaka in i blodbanan. Det kan ske två saker med järnet nu – det kan bli kvar i cytosolen som ferritin, eller så kan det vara med om att bilda hemoglobin. Om järnet deltar i bildandet av hemoglobin tar det sig in i cellens mitokondrier.

  3. Hem bildas i cytosolen

    Samtidigt som järnet hamnar i cytosolen börjar också hem att bildas där. Bildandet av hemoglobin är alltså ett samspel mellan många olika händelser som sker på en och samma gång. Hem bildas att både cellens mitokondrier och cytoplasma samarbetar. Enzymer och vitamin K deltar. Det bildas ett ämne i mitokondrierna (delta-ALA) som går ut i cytosolen, där ombildas det till ett annat ämne som heter koproporfyrinogen. Detta ämne går tillbaka in i mitokondrien igen.

  4. Protoporfyin + Järn = Hem

    I mitokondrien bildas det en ringform som kallas för protoporfyrin. Ringen binder till järnet, och då har det bildats hem. Sedan lämnar hemet mitokondrien igen.

  5. Globin bildas också i cytosolen

    Globin är ett protein, det kommer från våra gener och bildas i cytosolen med hjälp av ribosomerna. Hos vuxna människor består globin av två alfa- och två betakedjor. Dessa är dimrar som binder till hem, och då har det bildats hemoglobin.

Hemoglobin
Hemoglobinets Beta-kedjor sitter på varsin sida snett emot varandra, precis som alfakedjorna gör. I mitten på varje alfa- och betakedja sitter en järnmolekyl. I mitten av själva molekylen sitter 2,3-DPG som bestämmer affiniteten till kedjorna. Hög affinitet till kedjorna ger låg affinitet till syret och tvärt om.

Läs om hur den färdiga molekylen hemoglobin fungerar i detalj. Läs inlägget som beskriver Bohr-effekten.

Hur hemoglobin bryts ner

Nu går vi igenom hur hemoglobinet bryts ner. Hela processen består av många kemiska reaktioner och enzymer. Jag förenklar det lite:

  1. Globin, hem och järn separeras

    När eryptosen skett kommer hemoglobinet att brytas ner. Då separeras globin, järn och hem. Dessa tre ”byggstenar” går sedan olika vägar genom kroppen för vidare nedbrytning eller förvaring. Nedbrytningsprocessen sker i makrofagern, genom att makrofagern först tar upp hemoglobinmolekylen från eryptosen och sedan börjar bryta ner molekylen.

  2. Järnet transporteras till lever, mjälte eller benmärg

    Järnet släpper från hemet och binder till transferrinet som transporterar det genom blodbanan, dit det behövs. Järnet hamnar alltså antingen i levern, mjälten eller i benmärgen där det antingen lagras i form av ferritin eller återanvänds till erytropoesen. Järnet kan också tas upp av makrofagerna.

  3. Globin bildar nya proteiner

    Globinet bryts ner till sina aminosyror. Dessa kommer sedan att användas till att bilda nya proteiner i kroppen.

  4. Hemet blir till koloxid i blodet och urobilinogen i feaces och urin

    Hemet nedbrytning innehåller flest steg. Hem består av en porfyrinring (som du säker minns från kemikurserna på gymnasiet; en kemisk struktur som ser ut som en ring). Ringen bryts upp med hjälp av ett enzym som heter hemoxygenas. Det bildas därmed biliverdin och monoxid (CO). Monoxid finns fritt i plasman. Genom att mäta mängden CO i blodet kan man alltså bedöma om patienten lider av någon hemolys.

    Biliverdinet blir, med hjälp av enzymet biliverdinreduktas, till bilirubin. Bilirubinet lämnar makrofagern och binder till blodets transportprotein albuminet, och följer med in i levern. I levern lossnar det från albuminet och går in i leverns celler hepatocyterna. Flera kemiska reaktioner sker, och bilirubinet binder till diglukoronid. Det går ut i gallan och vidare till tarmen tillsammans med gallan. Bilirubinet separeras från diglukoronsyran med hjälp av enzymer som kommer från bakterierna i tarmen, då har vi åter igen bilirubin som nu finns i tarmen. Nu kommer bilirubinet att reduceras (redox) och blir till urobilinogen, alltså nedbrutet bilirubin. Mycket av urobilinogenet går ut ur vår kropp som stercobilin, ämnet som sätter färg på vår avföring. Resten av urobilinogenet återupptas av kroppen via portavenen och tas upp till gallan igen. Det går via blodbanan till njuren, och ger på så vis urinen dess färg också.

Källa:

Biology/Medicine animations (HD Animation). Hemoglobin breakdown. Film. YouTube. 2014-03-05- (Hämtad 2015-08-07).

Hansson, A. Gilberts syndrom. Internetmedicin. 2014-11-10. (Hämtad 2015-08-07).

Jacobsson, S. Modern järnbristdiagnostik. Kompendium. Region Västra Götaland, Sahlgrenska Universitetssjukhuset. (Hämtad 2015-08-07).

Medicinsk Ordbok.

Nilsson-Ehle P, et al. Laurells Klinisk kemi i praktisk medicin. 9:e upplagan. Studentlitteratur: Lund. 2012.

Sand O, Sjaastad ØV & Haug E, Människans fysiologi. Liber, Stockholm, 2004.

Vorkapic, E. Röd blodbild, järnomsättning, anemier. Föreläsning. Linköpings Universitet. 2015-03-13.

Vad tycker du?