background image

Conversion of 

amino acids to 

specialized products


background image

In addition to serving as building blocks for proteins, amino 

acids are precursors of many nitrogen-containing 

compounds that have important physiologic functions.

These molecules include 

porphyrins, neurotransmitters, 

hormones, purines, and pyrimidines

2


background image

PORPHYRIN METABOLISM

3


background image

Porphyrins are cyclic compounds that readily bind metal 

ions, usually ferrous (Fe

2+

) or ferric (Fe

3+

) iron. 

The most prevalent metalloporphyrin in humans is heme, 

consists of one Fe

2+

coordinated in the center of 

tetrapyrrole ring of protoporphyrin IX.

4


background image

Heme is the prosthetic group for hemoglobin (Hb), myoglobin, 

the cytochromes, the cytochrome P450 (CYP) monooxygenase 

system, catalase, nitric oxide synthase, and peroxidase. 

These hemeproteins are rapidly synthesized and degraded. 

6–7 g of Hb is synthesized each day to replace heme lost 

through the normal turnover of erythrocytes. 

The synthesis and degradation of the associated porphyrins and 

recycling of the iron are coordinated with the turnover of 

hemeproteins.

5


background image

Structure of Porphyrin

Porphyrins are cyclic planar 
molecules formed by the linkage 
of four pyrrole rings through 
methenyl bridges

6


background image

Heme biosynthesis

7


background image

The major sites of heme biosynthesis are the 

liver

, which synthesizes a 

number of heme proteins (particularly the cytochrome P450 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. 

Over 85% of all heme synthesis occurs in erythroid tissue. 

In erythroid cells, heme synthsis is controlled by erythropoietin and the 

availability of intracellular iron 

8


background image

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.

Mature red blood cells (RBC) 
lack mitochondria and are unable 
to synthesize heme.

9


background image

background image

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 Feᵌ⁺

Hemin decreases the amount (and, thus, the activity) of ALA synthase 

by repressing transcription of its gene, increasing degradation of its 

mRNA, and decreasing import of the enzyme into mitochondria.

11


background image

Porphyrias


background image

Porphyrias are a rare group of inherited (or sometimes acquired) 

defects of haem synthesis,

Caused by deficiency of one of the enzymes of the haem synthetic 

pathway  resulting in the accumulation and increased excretion of 

porphyrins or porphyrin precursors 

Each porphyria results in the accumulation of a unique pattern of 

intermediates caused by the deficiency of an enzyme in the heme

synthetic pathway. 

Porphyria, derived from the Greek for purple, refers to the red-blue 

color caused by pigment-like porphyrins in the urine of some patients 

with defects in heme synthesis.

13


background image

Clinical manifestations

The porphyrias are classified as 

erythropoietic or hepatic

, depending 

on whether the enzyme deficiency occurs in the erythropoietic cells of 

the bone marrow or in the liver. 

Hepatic porphyrias can be further classified as acute or chronic.

Individuals with an enzyme defect leading to the accumulation of 

tetrapyrrole intermediates show photosensitivity—that is, their skin 

itches and burns when exposed to visible light.

14


background image

a

.Chronic porphyria: Porphyria cutanea tarda

the most common porphyria, is a chronic disease of the liver and 

erythroid tissues. 

The disease is associated with a deficiency in 

uroporphyrinogen 

decarboxylase, 

but clinical expression of the enzyme deficiency is 

influenced by various factors, such as hepatic iron overload, exposure 

to sunlight, and the presence of hepatitis B or C, or HIV infections. 

Clinical onset is typically during the fourth or fifth decade of life. 

Porphyrin accumulation leads to cutaneous symptoms , and urine that 

is red to brown in natural light , and pink to red in fluorescent light.

15


background image

b.

Acute hepatic porphyrias: 

(acute intermittent porphyria, hereditary coproporphyria, and variegate 

porphyria) are characterized by acute attacks of gastrointestinal, 

neurologic/psychiatric, and cardiovascular symptoms. 

This type lead to accumulation of

ALA and porphobilinogen. 

16


background image

c.

Erythropoietic porphyrias: 

(congenital erythropoietic porphyria and erythropoietic

protoporphyria) are characterized by skin rashes and blisters 

that appear in early childhood. 

17


background image

18

Thank you




رفعت المحاضرة من قبل: Haider Abdullah
المشاهدات: لقد قام 0 عضواً و 77 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل