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Sauerstoff-Transport im Muskel und Blut

Protoporphyrin

Protoporphyrin IX ist ein cyclisches Tetrapyrrol-System, wobei die vier Pyrrol-Ringe über Methin-Brücken miteinander verbunden sind. Dieses Tetrapyrrol-System kann nun verschiedene Seitenketten tragen. Im Säugerorganismus sind an den Ringen alternierend vier Methyl-, zwei Vinyl- und zwei Propionat-Gruppen gebunden (Abb. 1) .

Wird das Eisen-Atom in der Form Fe2+ durch die Ferrochelatase in das Protoporphyrin IX eingebaut und über die 4 N-Atome ligandiert, so ensteht die Häm-Gruppe. Da das Fe oktaedrisch konfiguriert ist, verbleiben zwei Koordinationsstellen, die ober- und unterhalb der Ebene des Tetrapyrrol-Rings liegen. Neben der Oxidationsstufe +2 (Ferro-) kann Fe im Häm auch dreifach positiv geladen (Ferri-) vorliegen. Die entsprechenden Formen von Myoglobin oder Hämoglobin werden mit Ferri-Myoglobin bzw. Ferri-Hämoglobin und Ferro-Myoglobin bzw. Ferro-Hämoglobin bezeichnet. Nur die Ferro-Formen (auch Desoxy-Mb bzw. Desoxy-Hb genannt) können Sauerstoff binden. Die Ferrochelatase ist sehr empfindlich gegen Schwermetallvergiftungen, wie z.B. Pb.

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Abb.1
2D-Strukturformel
Abb.2
3D-Darstellung

Die Biosynthese des Porphyrins findet im Säugerorganismus in den Hepatocyten und Knochenmarkszellen statt und beginnt mit einer mitochondrialen Kondensationsreaktion von Succinyl-CoA mit Glycin, wobei δ-Amino-Lävulinat (ALA) entsteht und Kohlendioxid und Coenzym A freigesetzt werden. Diese Reaktion wird durch die δ-Amino-Lävulinat-Synthetase (ALA-Synthetase) katalysiert. Das Coenzym Pyridoxalphosphat ist essentiell für die Reaktion, die den geschwindigkeitsbestimmenden Schritt des Biosyntheseweges darstellt. Die ALA-Synthetase ist sowohl im Cytoplasma als auch in der mitochondrialen Matrix lokalisiert. ALA muss für die folgenden Reaktionen in das Cytosol gebracht werden. Den zweiten Schritt katalysiert die ALA-Dehydratase. Die asymmetrische Kondensation zweier δ-Amino-Lävulinat-Moleküle unter Abspaltung von Wasser und Ringschluss führt zu Porphobilinogen. Für eine vollständige Darstellung der Biosynthese siehe unter: Biosynthese von Protoporphyrin IX oder unter Porphibilinogen and Heme Biosynthesis.

Literatur

(2010): Textbook of Biochemistry with clinical correlations. T. Devlin M. (Hrsg.). 7th ed.John Wiley & Sons, ISBN: 978-0-470-28173-4
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