LE PORFIRIE

Sono malattie legate alla mancanza di uno degli enzimi che convertono lacido amminolevulinico (ALA) nellemeLeme entra nella costituzione di: emoglobina e mioglobina, citocromi, perossidasi e catalasi. Le protoporfirine sono molecole fluorescentiLe porfirie sono classificate in eritroidi o epatiche a seconda della sede anatomica maggiormente colpita

Re Giorgio IIIMary Stuart

Nelle porfirine i sostituenti possono essere disposti in modo asimmetrico (porfirine III) o simmetrico (porfirine I)La protoporfirina IX di tipo III

Leme una forma di ferro solubile biologicamente disponibile per il trasporto di elettroni. La presenza di doppi legami coniugati fa s che esso assorba nellUV e che sia fluorescente

Eme nellemoglobina

Citocromo c

Eme nella catalasi

Spettro di assorbimento Spettro di fluorescenza

La prima reazione della via metabolica che portaalla sintesi delleme

Propionil CoA-----> Metilmalonil CoA----> Succinil CoACH3CH2C=OCoACH3CH-COOHC=OCoACOOHCH2CH2C=OCoABiotina Vitamina B12

Sintesi porfirinica (EME)Cellule eritroidi 85%Fegato 15%Delta-ammino levulinico sintasiPorfobiligeno sintasiPorfobilinogeno deaminasi

Uroporfirinogeno cosintasi III

Uroporfirinogeno decarbossilasi

Coproporfirinogeno ossidasi

Delta ALA Sintasi: 2 isoformemRNA della forma eritrocitariamRNA presente nelle altre cellule

Anemia sideroblasticaDovuta a mutazioni della forma eritrocitaria della ALA sintasi

Porta ad un accumulo di ferro nel mitocondrio pero la sintesidelleme e difettosa

Matrice mitocondrialecitosolComplessoChaperone-ALA sintasiTrasportatore +proteasiChaperone +ATPALA sintasiAttiva(emivita 60 min)

Sintesi dellemeLa condensazione del succinilCoA e della glicina d l a -amino- b -chetoadipato che viene decarbossilato a -aminolevulinato (ALA) dalla ALA sintasi, un enzima mitocondriale che costituisce la tappa limitante della viaNel citosol 2 molecole di ALA vengono condensate dalla ALA deidratasi a dare il porfobilinogeno

Sintesi delleme2 molecole di porfobilinogeno condensano testa-coda, grazie alla uroporfobilinogeno sintasi, a dare lanello tetrapirrolico Luroporfobilinogeno III viene decarbossilato a coproporfobilinogeno III che entra nel mitocondrio dove verr convertito a protorfirinogeno III a protoporfirina IX e infine a emeLultimo passaggio lintroduzione dellatomo di ferro ad opera della ferrochelatasi

Shemin pathwayE la via di biosintesi dellacido -aminolevulinico (ALA) degli animaliLa reazione catalizzata dalla ALA sintasi che utilizza PLP come cofattore, a partire da glicina e succinil CoANelle piante, nei batteri e negli archea la sintesi parte dallacido glutammico

La -acido aminolevulinico sintasi un omodimeroCiascun monomero costituito da 3 domini: il dominio centrale lega il PLP e contribuisce alla dimerizzazioneLa proteina umana ha una similarit del 49% con quella cristallizzataMutazioni che alterano il folding, inattivano lenzima e impediscono la dimerizzazione causano lanemia sideroblastica -acido amino levulinico sintasi di Rodobacter capsulatus -acido aminolevulinico sintasi

Il meccanismo di reazione comporta il legame delle due molecole di ALA in 2 siti distinti sullenzima (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 acutaALA 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 subunitOgni monomero ha un TIM barrel fold, un loop chiude il sito cataliticoNel sito catalitico presente un metallo che pu essere Mg2+ o Zn2+E molto sensibile allinibizione da partedi metalli pesanti (avvelenamento da piombo)

La PGB deaminasi e la uroporfilinogeno sintasi creano lasimmetria della porfiriaLa 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 dallaccumulo di uroporfirinogeno I che tossico

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La decarbossilasi decarbossila i 4 gruppi acetato a gruppi metile del coproporfirinogeno III. Un deficit di uroporfirinogeno III decarbossilasi causa la porfiria cutanea tarda. Lenzima un dimero, formato da due monomeri / barrelLa decarbossilazione successiva converte i gruppi propionici a gruppi vinilici dando il protoporfirinogeno IX ed catalizzata dalla coproporfirinogeno III ossidasi, localizzata sul lato interno della membrana mitocondriale esternaUn suo defict causa la coproporfiria ereditaria

coproporfirinogeno III ossidasi da E. coliLenzima un omodimero costituito da un foglietto b centrale circondato da a -elicheNel sito catalitico ci sono 4 residui conservati di His

Gli ultimi due passaggi consistono in: unossidazione del protoporfirinogeno IX a protoporfirina IX, catalizzata da unossidasi. Lenzima umano una flavina dimerica che utilizza O2. il suo deficit causa la porfiria variegatanellinserzione 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 delleme sono causa di una forma di porfiria

A livello subcellulare la biosintesi delleme si svolge in parte nel mitocondrio in parte nel citosol

Nel 1913 H. Metz Beyer dimostr che la malattia fotosensibile mutilante descritta 2 anni prima era dovuta alla presenza di un eccesso di porfirineLa luce UV fotoeccita le porfirine che allo stato di tripletto reagiscono con lossigeno molecolare generando il radicale dellossigeno che provoca vari danni

I sintomi possono essere di 2 tipi:Lesioni bollose tipiche dei pazienti affetti da porfiria cutanea tarda (PCT) o da porfiria variegata (VP)Fotosensibilit immediata tipica dei pazienti affetti da porfiria eritropoietica (EP)Le urine sono rosso scuro e fluorescenti

Edema durante un attacco acuto di porfiria eritropoieticaPorfiria cutanea tarda

Si conoscono 7 diverse porfirie:

Il deficit di ALA sintasi causa lanemia sideroblastica, malattia legata allX

Il deficit di acido levulinico deidratasi (ADP) o plumboporfiria d una porfiria epatica acuta, a ereditariet autosomica recessiva, con paralisi progressiva degli arti

La porfiria acuta intermittente (AIP) dovuta al deficit di porfobilinogeno deaminasi; malattia autosomica dominante; tra sintomi dolore addominale, sintomi gastroenterici, deficit motori e sensoriali

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 lunica porfiria esclusivamente eritrocitaria.

5. La porfiria cutanea tarda (PCT) 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; fotosensibilit cutanea

7. La porfiria variegata (VP) malattia autosomica dominante, dovuta a deficit di protoporfirinogeno ossidasi. Variegata perch possono coesistere disturbi neuroviscerali e fotosensibilit

8. La protoporfiria eritropoietica (EP) dovuta a deficit di ferrochetalasi, che causa accumulo di protoporfirine libere negli eritrociti, nelle feci e nel plasma. Sintomi: fotosensibilit e compromissione epatica

I sintomi sono dovuti anche alla localizzazione dellintermedio che si accumulaLe diverse porfirie hanno sintomi diversi (scottature, edema, vesciche) a seconda della solubilit dei diversi intermedi

In presenta di un deficit ereditario non grave alcune porfirie possono essere scatenate da farmaci

La porfiria cutanea tarda spesso una malattia acquisitaRadicali 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 pu essere causata anche da altri agenti epatotossici come lesacloro benzene, un fungicida usato in Turchia negli anni 50 per contrastare linfezione da parte del fungo Tilledia foetidaLa PCT presenta altri danni epatici: cirrosi, epatocarcinomaLa somministrazione di clorochina (che si lega alluroporfirinogeno e ne favorisce lescrezione) d la remissione dei sintomi in circa 3 mesi

TerapiaLa terapia sintomatica (protezione dalle radiazioni UV)Nei casi gravi con interessamento epatico si pu ricorrere al trapianto di fegatoLa somministrazione di eme (in forma solubile, arginato di emina) pu dare sollievo ai sintomiNelle forma scatenate da fattori ambientali, riduzione dellassunzione di alcol, farmaci, estrogeni; diete ricche di carboidrati

Tipo I inducibile dal substratoTipo 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.BatterieAdditivo nelle benzineIncenerimento dei rifiutiIndustrie metallurgicheNOTA BENE: Il Pb presente negli alimenti deriva soprattutto da inquinamento ambientale

TossicitAssorbimento pi elevato nei giovaniBersagli primari i globuli rossi, poi il sistema cardiovascolare, gastrointestinale, nervoso, riproduttivo e renale.Alcuni enzimi della via biosintetica delleme sono suscettibili allintossicazione da Pb: eme sintetasi, d-ALAD (deidrasi), ferrochelatasi, d-ALAS (sintasi), uroporfirinogeno decarbossilasi e coproporfirinogeno ossidasi.

TOSSICIT DEL PIOMBOManifestazioni della tossicit da piombo al variare delle concentrazioni ematiche di PB negli adulti e nei bambini -ALA = -aminolevulinato.

Biosintesi delleme

ALA deidrasi: ottamero ogni subunit lega 8 ioni Zn, 4 dei quali sono essenziali per lattivit; 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 cliniciMisura del Pb ematico (piombemia): il pi 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 questultima >35 mg/dL ; Anche nelle anemie da carenza di FeMisura della inibizione di ALA-deidrasi

*FIGURE 22-23 Biosynthesis of -aminolevulinate. (a) In most animals, including mammals, -aminolevulinate is synthesized from glycine and succinyl-CoA. The atoms furnished by glycine are shown in red. (b) In bacteria and plants, the precursor of -aminolevulinate is glutamateFIGURE 22-24 Biosynthesis of heme from -aminolevulinate. Ac represents acetyl (CH2COO); Pr, propionyl (CH2CH2COO).FIGURE 22-25 Bilirubin and its breakdown products. M represents methyl; V, vinyl; Pr, propionyl; E, ethyl. For ease of comparison, these structures are shown in linear form, rather than in their correct stereochemical conformations.FIGURE 22-25 (part 1) Bilirubin and its breakdown products. M represents methyl; V, vinyl; Pr, propionyl; E, ethyl. For ease of comparison, these structures are shown in linear form, rather than in their correct stereochemical conformations.FIGURE 22-25 (part 2) Bilirubin and its breakdown products. M represents methyl; V, vinyl; Pr, propionyl; E, ethyl. For ease of comparison, these structures are shown in linear form, rather than in their correct stereochemical conformations.