Hämoglobinsynthese

Hämoglobinsynthese bezeichnet den biologischen Prozess, durch den in Erythrozytenvorläuferzellen Häm und Globinketten hergestellt und zu funktionsfähigem Hämoglobin zusammengesetzt werden. Sie ist integraler Bestandteil der Erythropoese im Knochenmark und ermöglicht den transzellulären Transport von Sauerstoff und Kohlendioxid.

Der Häm-Syntheseweg verläuft teilweise in Mitochondrien, teilweise im Cytosol. Die Reaktion beginnt mit der erythroiden Isoform der ALA-Synthase (ALAS2), die Glycin und Succinyl-CoA zu ALA katalysiert. Aus ALA entstehen schrittweise Protoporphyrin IX; in den Mitochondrien wird schließlich Eisen in das Protoporphyrin IX durch Ferrochelatase eingefügt, wodurch Häm gebildet wird. Die Eisenverfügbarkeit sowie Vitamin B6, B12 und Folsäure beeinflussen diese Schritte. Eisen wird durch Transferrin in die Zelle gebracht und über DMT1 in die Mitochondrien transportiert; Häm-Exporter wie FLVCR vermitteln den Hämfluss aus Zellen.

Die Globin-Synthese erfolgt in den Ribosomen der Erythroblasten. Alpha- und Beta-Globingene werden koordiniert exprimiert; die Translation führt zu den Globinproteinketten, die sich mit Häm zum Hämoglobin zusammenschließen (z. B. HbA1, α2β2). Die Faltung erfolgt mit Hilfsproteinen, und die Assemblierung erfolgt in den Reifungsstadien der Erythrozyten.

Die Regulation der Hämoglobinsynthese erfolgt durch Erythropoetin, das bei Hypoxie von der Niere freigesetzt wird und die Erythropoese ankurbelt. HIF-Faktoren und Eisenregulationsproteine steuern die Expression von ALAS2, Transferrinrezeptor und Ferritin. Eisenmangel oder Störungen in der Häm- oder Globinbildung können zu Anämien führen; Porphyrien gehören zu Ursachen von Störungen der Häm-Synthese.

Ein eng vernetzter Transport-, Synthese- und Assemblierungsprozess sorgt dafür, dass Hämoglobin funktionsfähig bleibt und Sauerstoff effizient transportieren kann. Störungen in einem Teil des Prozesses können zu klinischen Manifestationen führen.