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

Re Giorgio III

Mary Stuart

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 portaalla sintesi dell’eme

Propionil CoA-----> Metilmalonil CoA----> Succinil CoA

CH3CH2C=OCoA

CH3CH-COOHC=OCoA

COOHCH2CH2C=OCoA

Biotina Vitamina B12

Sintesi porfirinica (EME)

Cellule eritroidi 85%

Fegato 15%

Delta-ammino levulinico sintasi

Porfobiligeno sintasi

Porfobilinogeno deaminasi

Uroporfirinogeno cosintasi III

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 sintesidell’eme e’ difettosa

Matrice mitocondrialecitosol

ComplessoChaperone-ALA sintasi

Trasportatore +proteasi

Chaperone +ATP

ALA sintasiAttiva(emivita 60 min)

Sintesi dell’eme

La condensazione del succinilCoA e della glicina dà l’ -amino- -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

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

δ -acido amino levulinico sintasi di Rodobacter capsulatus

δ -acido aminolevulinico 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 LysIl deficit di PGB sintasi causa una porfiria epatica acuta

ALA DEIDRATASI O PGB SINTASI

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 partedi 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 centrale circondato da -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

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)

Le urine sono rosso scuro e fluorescenti

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 metallurgicheNOTA 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, -ALAD (deidrasi), ferrochelatasi, -ALAS (sintasi), uroporfirinogeno decarbossilasi e coproporfirinogeno ossidasi.

TOSSICITÀ DEL PIOMBOManifestazioni della tossicità da piombo al variare delle concentrazioni ematiche di PB negli adulti e nei bambini

-ALA = -aminolevulinato.

Biosintesi dell’eme

Ala-sintasi

Ala-deidrasi

Ferrochelatasi

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 (-aminobutirrico)

mitocondrio

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 g/dL ; Anche nelle anemie da carenza di Fe

• Misura della inibizione di ALA-deidrasi