Eme

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
Nelle porfirine i sostituenti possono
essere disposti in modo asimmetrico
(porfirine III) o simmetrico (porfirine I)
La protoporfirina IX è di tipo III
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 nell’emoglobina
Citocromo c
Eme nella catalasi
Spettro di assorbimento
Spettro di fluorescenza
La prima reazione della via metabolica che porta
alla sintesi dell’eme
Propionil CoA-----> Metilmalonil CoA----> Succinil CoA
CH3
CH-COOH
C=O
CoA
CH3
CH2
C=O
CoA
Biotina
Vitamina B12
COOH
CH2
CH2
C=O
CoA
Sintesi porfirinica (EME)
Cellule eritroidi 85%
Fegato 15%
Porfobiligeno
sintasi
Porfobilinogeno deaminasi
Uroporfirinogeno cosintasi III
Delta-ammino
levulinico sintasi
Uroporfirinogeno decarbossilasi
Coproporfirinogeno ossidasi
Delta ALA Sintasi: 2 isoforme
mRNA della forma eritrocitaria
mRNA presente nelle altre cellule
Anemia sideroblastica
Dovuta a mutazioni della forma eritrocitaria della ALA sintasi
Porta ad un accumulo di ferro nel mitocondrio pero’ la sintesi
dell’eme e’ difettosa
Complesso
ChaperoneALA sintasi
ALA sintasi
Attiva
(emivita 60 min)
Trasportatore +
proteasi
Chaperone +
ATP
citosol
Matrice mitocondriale
Sintesi dell’eme
La condensazione del
succinilCoA e della
glicina dà l’ a -amino- b
-chetoadipato che
viene decarbossilato a
δ -aminolevulinato
(ALA) dalla ALA
sintasi, un enzima
mitocondriale che
costituisce la tappa
limitante della via
Nel citosol 2 molecole
di ALA vengono
condensate dalla ALA
deidratasi a dare il
porfobilinogeno
Sintesi dell’eme
2 molecole di porfobilinogeno
condensano testa-coda, grazie alla
uroporfobilinogeno sintasi, a dare
l’anello tetrapirrolico
L’uroporfobilinogeno III viene
decarbossilato a
coproporfobilinogeno III che
entra nel mitocondrio dove verrà
convertito a protorfirinogeno III
a protoporfirina IX e infine a eme
L’ultimo passaggio è l’introduzione
dell’atomo di ferro ad opera della
ferrochelatasi
Shemin pathway
• E’ la via di biosintesi dell’acido δ-aminolevulinico (ALA) degli animali
• La reazione è catalizzata dalla ALA sintasi che utilizza PLP come
cofattore, a partire da glicina e succinil CoA
Nelle piante, nei
batteri e negli
archea la sintesi
parte dall’acido
glutammico
δ -acido
aminolevulinico sintasi
δ -acido amino
levulinico sintasi di
Rodobacter capsulatus
La δ -acido aminolevulinico sintasi è un omodimero
Ciascun monomero è costituito da 3 domini: il dominio centrale lega il PLP
e contribuisce alla dimerizzazione
La proteina umana ha una similarità del 49% con quella cristallizzata
Mutazioni che alterano il folding, inattivano l’enzima e impediscono la
dimerizzazione causano l’anemia sideroblastica
ALA DEIDRATASI O PGB SINTASI
Il meccanismo di reazione comporta il legame delle due molecole di
ALA in 2 siti distinti sull’enzima (sita A e sito P)
Ciascuna di esse forma una base di Schiff con un residuo di Lys
Il deficit di PGB sintasi causa una porfiria epatica acuta
ALA deidratasi
(porfobilinogeno sintasi,
PGB) da P. aeruginosa
Le PGB sono enzimi con
masse molecolari di 280-300
kDa, costituite da 8 subunità
Ogni monomero ha un TIM
barrel fold, un loop chiude il
sito catalitico
Nel sito catalitico è
presente un metallo che può
essere Mg2+ o Zn2+
E’ molto sensibile all’inibizione da parte
di metalli pesanti (avvelenamento da piombo)
La PGB deaminasi e la
uroporfilinogeno sintasi creano
l’asimmetria della porfiria
La PGB deaminasi utilizza un
cofattore legato
covalentemente al sito attivo
che deriva da 2 molecole di
PGB. Mutazioni a livello di
alcune Arg del sito attivo
causano Porfiria acuta
intermittente (AIP)
Mutazioni della sintasi danno la
porfiria eritropoietica
congenita (malattia di
Gunther), caratterizzata
dall’accumulo di
uroporfirinogeno I che è
tossico
.
La decarbossilasi decarbossila i
4 gruppi acetato a gruppi metile
del coproporfirinogeno III. Un
deficit di uroporfirinogeno III
decarbossilasi causa la porfiria
cutanea tarda. L’enzima è un
dimero, formato da due
monomeri α/β barrel
La decarbossilazione successiva
converte i gruppi propionici a
gruppi vinilici dando il
protoporfirinogeno IX ed è
catalizzata dalla
coproporfirinogeno III
ossidasi, localizzata sul lato
interno della membrana
mitocondriale esterna
Un suo defict causa la
coproporfiria ereditaria
coproporfirinogeno III ossidasi da E. coli
L’enzima è un omodimero costituito da un foglietto b centrale
circondato da a -eliche
Nel sito catalitico ci sono 4 residui conservati di His
Gli ultimi due passaggi
consistono in:
1. un’ossidazione del
protoporfirinogeno IX
a protoporfirina IX,
catalizzata da
un’ossidasi. L’enzima
umano è una flavina
dimerica che utilizza
O2. il suo deficit causa
la porfiria variegata
2. nell’inserzione del
ferro ad opera della
ferrochelatasi. Il Fe3+
ambientale deve essere
ridotto per essere
chelato
Difetti a livello di ciascuno degli 7
enzimi della sintesi dell’eme sono
causa di una forma di porfiria
A livello subcellulare
la biosintesi dell’eme
si svolge in parte nel
mitocondrio in parte
nel citosol
Nel 1913 H. Metz Beyer dimostrò che la
malattia fotosensibile mutilante descritta 2
anni prima era dovuta alla presenza di un
eccesso di porfirine
La luce UV fotoeccita le porfirine
che allo stato di tripletto reagiscono
con l’ossigeno molecolare generando
il radicale dell’ossigeno che provoca
vari danni
Le urine sono rosso
scuro e fluorescenti
I sintomi possono essere di 2 tipi:
1. Lesioni bollose – tipiche dei pazienti affetti
da porfiria cutanea tarda (PCT) o da porfiria
variegata (VP)
2. Fotosensibilità immediata – tipica dei pazienti
affetti da porfiria eritropoietica (EP)
Edema durante
un attacco
acuto di
porfiria
eritropoietica
Porfiria
cutanea tarda
Si conoscono 7 diverse porfirie:
1. Il deficit di ALA sintasi – causa l’anemia sideroblastica, malattia
legata all’X
2. Il deficit di acido levulinico deidratasi (ADP) o plumboporfiria – dà
una porfiria epatica acuta, a ereditarietà autosomica recessiva, con
paralisi progressiva degli arti
3. La porfiria acuta intermittente (AIP) – dovuta al deficit di
porfobilinogeno deaminasi; malattia autosomica dominante; tra sintomi
dolore addominale, sintomi gastroenterici, deficit motori e sensoriali
4. La porfiria congenita (CP) o malattia di Gunther – dovuta a deficit di
uroporfirinogeno III cosintasi. Sintomi: urine brune;
fotosensibilizzazione cutanea, fluorescenza rossa dei denti; anemia. E’
l’unica porfiria esclusivamente eritrocitaria.
5. La porfiria cutanea tarda (PCT) – è dovuta ad un deficit di
uroporfilinogeno decarbossilasi. Sintomi: lesioni bollose sulle parti
del corpo esposte alla luce; siderosi e cirrosi epatica
6. La coproporfiria ereditaria (HCP) – malattia autosomica
dominante, dovuta a un deficit di coproporfirinogeno ossidasi,
enzima mitocondriale. Sintomi neuroviscerali; tetraplegia e
paralisi respiratoria; fotosensibilità cutanea
7. La porfiria variegata (VP) – malattia autosomica dominante,
dovuta a deficit di protoporfirinogeno ossidasi. Variegata perché
possono coesistere disturbi neuroviscerali e fotosensibilità
8. La protoporfiria eritropoietica (EP) – dovuta a deficit di
ferrochetalasi, che causa accumulo di protoporfirine libere negli
eritrociti, nelle feci e nel plasma. Sintomi: fotosensibilità e
compromissione epatica
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
In presenta di un deficit
ereditario non grave alcune
porfirie possono essere
scatenate da farmaci
La porfiria cutanea tarda è spesso una
malattia acquisita
Radicali liberi provocano la sintesi a livello
epatico di un inibitore della uroporfilinogeno
decarbossilasi. Consumo di alcool, assunzione
di estrogeni e epatiti sono fattori
scatenanti la malattia
La PCT può essere causata anche da altri
agenti epatotossici come l’esacloro benzene,
un fungicida usato in Turchia negli anni ’50 per
contrastare l’infezione da parte del fungo
Tilledia foetida
La PCT presenta altri danni epatici: cirrosi, epatocarcinoma
La somministrazione di clorochina (che si lega all’uroporfirinogeno e
ne favorisce l’escrezione) dà la remissione dei sintomi in circa 3 mesi
Terapia
• La terapia è sintomatica (protezione dalle radiazioni
UV)
• Nei casi gravi con interessamento epatico si può
ricorrere al trapianto di fegato
• La somministrazione di eme (in forma solubile,
arginato di emina) può dare sollievo ai sintomi
• Nelle forma scatenate da fattori ambientali,
riduzione dell’assunzione di alcol, farmaci, estrogeni;
diete ricche di carboidrati
Tipo I inducibile dal substrato
Tipo II costitutivo
Intossicazione da Pb
Fonti ambientali
• Costruzione di condutture per scarichi urbani
in aumento fino alla seconda guerra
mondiale, poi sostituito con materie plastiche.
• Batterie
• Additivo nelle benzine
• Incenerimento dei rifiuti
• Industrie metallurgiche
NOTA BENE: Il Pb presente negli alimenti
deriva soprattutto da inquinamento
ambientale
Tossicità
• Assorbimento più elevato nei giovani
• Bersagli primari i globuli rossi, poi il sistema
cardiovascolare, gastrointestinale, nervoso, riproduttivo
e renale.
• Alcuni enzimi della via biosintetica dell’eme sono
suscettibili all’intossicazione da Pb: eme sintetasi, dALAD (deidrasi), ferrochelatasi, d-ALAS (sintasi),
uroporfirinogeno decarbossilasi e coproporfirinogeno
ossidasi.
TOSSICITÀ DEL PIOMBO
Manifestazioni della tossicità da piombo al variare delle concentrazioni
ematiche di PB negli adulti e nei bambini
d-ALA = d -aminolevulinato.
Biosintesi dell’eme
Ala-sintasi
Ala-deidrasi
Ferrochelatasi
mitocondrio
ALA deidrasi citoplasma
•ALA deidrasi: ottamero ogni
subunità lega 8 ioni Zn, 4 dei quali
sono essenziali per l’attività; quando
Pb si lega al posto dello Zn si ha
inibizione enzimatica.
•I conseguenti alti livelli di ALA nel
sangue sono responsabili dei
disordini neurologici provocati dal
Pb. ALA ha struttura simile a GABA
(g-aminobutirrico)
Test clinici
• Misura del Pb ematico (piombemia): il più specifico!!!
• Misura della protoporfirina: dal momento che il Pb
inibisce la ALA-deidrasi e la ferrochelatasi si accumulano
acido delta aminolevulinico e protoporfirina; valori di
quest’ultima >35 mg/dL ; Anche nelle anemie da carenza
di Fe
• Misura della inibizione di ALA-deidrasi