HämMolekül

Hämmolekül, allgemein als Häm bezeichnet, ist eine Koordinationsverbindung, die aus einem Porphyrinring mit einem zentralen Eisenion besteht. Das Eisen liegt typischerweise im Zustand Fe2+ oder Fe3+ und wird durch die vier Stickstoffatome des Porphyrinrings koordiniert. In Proteinen besitzt das Häm häufig eine fünfte Koordination durch einen Histidinrest oder eine andere Ligandengruppe, wodurch eine sechste Koordinationsstelle für O2, CO oder NO offenbleibt. Als prosthetische Gruppe ist Häm in vielen Proteinen essenziell, kommt aber auch in freier Form vor.

Struktur und Typen: Der Porphyrinring ist planar und hydrophob; Hämarten unterscheiden sich in der Anbindung und Modifikationen. Häm b, häm a und häm c sind verbreitete Typen; Häm c ist kovalent an Proteine gebunden (durch Cysteinreste), während andere Typen über non-kovalente Bindungen verankert sind. In Cytochromen dient Häm als redoxaktives Zentrum im Elektronentransport.

Funktionen: In Hämoglobin und Myoglobin ermöglicht es Bindung und Transport bzw. Speicherung von Sauerstoff. In Cytochromen der Elektronentransportkette übernimmt Häm Elektronentransfer. In hämabhängigen Enzymen wie Katalase, Peroxidase und den Cytochrom-P450-Enzymen wirkt es als Kofaktor für katalytische Reaktionen.

Biosynthese und Abbau: Die Häm-Biosynthese erfolgt überwiegend in Mitochondrien und im Cytosol. Der erste Schritt ist die Bildung von δ-Aminolävulinsäure (ALA), anschließend folgen weitere Zwischenstufen zur Protoporphyrin IX; schließlich wird Eisen durch Ferrochelatase in den Ring eingefügt, um Häm zu bilden. Der Abbau erfolgt durch Hämoxygenase, die Häm in Biliverdin, Eisen und Kohlenmonoxid spaltet; Biliverdin wird zu Bilirubin reduziert.

Vorkommen und Bedeutung: Häm kommt in Tieren, Pflanzen und Mikroorganismen vor. Störungen der Häm-Synthese führen zu Porphyrien. Freies Häm kann schädlich wirken, weshalb es durch Transportproteine wie Haptoglobin und Hemopexin gebunden und kontrolliert wird. Häm und seine Abbauprodukte haben unter anderem diagnostische Relevanz (z. B. Bilirubin).