مواضيع المحاضرة:
background image

 

6

 

Lecture 3+4 - Heme-phenylalanine 
metabolism  

Hemoglobin metabolism 

 

 

Heme synthesis 

  Step one:  

The formation of α-aminolevulinate (ALA) from succinyl-
CoA (is derived from citric acid cycle) + glycine  
This step occurs in the mitochondria. 

  Step two: 

2 molecules of ALA are condensed to form Porpho-bilinogen 
(PBG).  
This step occurs in the cytosol. 

  Step three: 

The formation of the tetrapyrrole: uro-porphyrinogen by 
condensation of four molecules of PBG 

  Step four: The formation of protoporphyrin.  

  The last Step The Incorporation of Iron into Protoporphyrin 

 

 

Porphyrias 

  Definition: are a group of genetic disorders of heme 

metabolism due to abnormalities in the pathway of 
biosynthesis of heme.  

  Cause: enzymic deficiency or blockage which could be 

genetic or acquired.  

  Types:  

  Hepatic porphyrias The defect is primarily in the liver 
  Erythropoitic porphyrias 
     The defect is primarily in the bone marrow. 

  Signs and symptoms 

1- Anemia 
2- Recurrent abdominal pain.  
3- Skin abnormalities and photosensitivity.  
4- Inflammation of the nerve (neuritis). 
5- Neuropsychiatric signs. 

  Biochemical findings: 

1- Low Hb levels. 
2- Increased Porphyrin products in the blood. 
3- Excretion of porphyrines in urine as (Uroporphyrins) or in                         
the feces as (coproporphyrines) which may change color on 
standing. 
4- Enzymic studies. 
 

Hemoglobinopathies 

  Definition: Are genetic diseases due to Hb molecule 

abnormality in which an individual inherited the allele for an 
abnormal hemoglobin from one or  both parents.  

  The erythrocytes of these individuals are few and abnormal, In 

addition to large numbers of immature cells. 

  Types: the most common are sickle cell anemia&thalassemias 

 

  Sickle Cell Anemia  

  The altered properties of hemoglobin (S) result from a single 

amino acid substitution, a Valine instead of a Glutamine at 
position 6 in the two chains. 
  These cause deoxyhemoglobin S to be insoluble & forms 

long, insoluble fibers characteristic of sickle shape of 

RBCs

 

 

  Abnormal hemoglobin 

 

  Types: there are two types: 

  The sickle-cell disease:  

Individuals who receive the sickle-cell allele from booth 
parents and are the homozygous for of the gene encoding 
hemoglobin.  

  Sickle-cell trait:  

Individuals who receive the sickle-cell allele from only one 
parent. (heterozygous). 
Thus heterozygous experience a milder condition , only about 
1% of their erythrocytes become sickled on deoxygenation. 
These individuals may live completely normal if they avoid 
vigorous exercise or other stresses on the circulatory system.  

 

  Sickle-cell anemia is a life-threatening and painful disease. 

  People with sickle-cell anemia suffer from repeated crises 

brought on by physical exertion, infection, respiratory dis. 

  They become weak, dizzy, and short breath, with an increased 

pulse rate.  

  The hemoglobin content of their blood is only about half the 

normal value.  


background image

 

7

 

  Because sickled cells are very fragile and rupture easily; this 

results in anemia.  

  A more serious consequence is that capillaries become 

blocked by the long, abnormally shaped cells, causing severe 
pain & interfering with normal organ function - a major factor 
in the early death of many people with the disease. 
 

  Thalassemias 

  The genetic defects known as thalassemia result from: the 

partial or total absence of one or more α or β chains of 
hemoglobin.  
  Either the α chain (alpha thalassemia) or β chain (beta 

thalassemia) can be affected.  

  There are two types of thalassemia: 

  Thalassemia major: in patients homozygous to the defect. 
      Is a more severe form of anemia, with splenomegaly and 

abnormal bone marrow function. 

  Thalassemia minor: in patients heterozygous  to the defect. 
      Is usually a symptom-free disease.  

  Treatment: 

      Apart from marrow transplantation, treatment is symptomatic. 

 

  Diagnosis of hemoglobinopathies 

1)  Family history and clinical examination. 
2)  Signs and symptoms: 

Severe anemia, hemolytic crisis, splenomegaly, jaundice… 

3)  Laboratory findings: 
  Low Hb, raised serum bilirubin, increased bilirubin execration 

in urine.  

  Abnormal blood and bone marrow films & Hb electrophoresis. 

 

Hemoglobin catabolism and hyperbilirubinemia 

 

 

biliverdin reductase reduces the methenyl bridge between 
pyrrole III and pyrrole IV to a methylene group to produce 
bilirubin, a yellow pigment. 
 

  Bilirubin 

  Bilirubin: is a yellowish chemical pigment results from the 

catabolism of heme in the reticuloendothelial system. 

  Consists of four pyrrole rings linked by methane bridges in a 

liner structure. 

  When first formed it is water insoluble and called: (indirect or 

unconjugated) bilirubin.   
  Bilirubin formed in peripheral tissues is transported to the 

liver by plasma albumin.  

  Metabolism of bilirubin occurs primarily in the liver. It can be 

divided into three processes:  
1)  Uptake of bilirubin by liver parenchymal cells. 
2)  Conjugation of bilirubin with glucuronate in the 

endoplasmic reticulum. 

3)  Secretion of conjugated bilirubin into the bile. 

  After conjugation with glucuronic acid, bilirubin becomes 

water soluble and called: Direct or conjugated bilirubin.  

  It is estimated that 1 g of hemoglobin yields 35 mg of 

bilirubin.  
  The daily bilirubin formation in human adults is 

approximately 250–350 mg, deriving mainly from 
hemoglobin but also from ineffective erythropoiesis and 
from various other heme proteins such as cytochrome P450 

  The normal serum bilirubin con. Is below 1mg/100ml of 

blood. If it is more than this, then hyperbilirubinemia 
develops and could lead to jaundice. 

 

 

 

 

Hyperbilirubinemia and jaundice

 

  When bilirubin in the blood exceeds 1 mg/dL, 

hyperbilirubinemia exists.  


background image

 

8

 

  Causes 

  May be due to the production of more bilirubin than the 

normal liver can excrete: This causes prehepatic jaundice. 

  Or it may result from the failure of a damaged liver to excrete 

bilirubin produced in normal amounts: This causes hepatic 
jaundice. 

  Obstruction of the excretory ducts will also cause 

hyperbilirubinemia: this cause obstructive jaundice. 
 

  Jaundice 

  Is the yellowish discoloration of skin and mucous membranes 

due to the deposition of bilirubin in the tissues. 

  The principle cause is the elevation of serum bilirubin above 

the normal serum levels.   

 

Neonatal “physiologic jaundice” 

  This transient condition is the most common cause of 

unconjugated hyperbilirubinemia due to:  
o  Destruction of fetal Hb and replacement by adult Hb. 
o  It results from an accelerated hemolysis around the time of 

birth and an immature hepatic system: for the uptake, 
conjugation, and secretion of bilirubin 

  Appears during the 3

rd

 to the 10

th

 day of life. 

  Moderate anemia and hyperbilirubinemia. 

The child looks normal, feeds well. 
A slight skin and mucous membranes discoloration. 
More common in premature children. 
Urine and stool color is slightly deeper than normal. 
Kernicterus, could develop in some sever cases which can 
cause mental retardation. 

 

Phenylalanine metabolism 

  Phenylalanine is an essential AA from which tyrosine is 

formed by the action of the enzyme phenylalanine 
hydroxylase. 

  Tyrosine is then used in the synthesis of many essential 

metabolic products such as: 
thyroid hormones, melanin (the main pigment for the skin 
,eyes and hair),  and adrenaline and dopamine 
(dihydroxyphenylalanine) which are the main 
neurotransmitters in the central nervous system. 

 

 

Inherited enzymatic abnormalities in the pathway of the 
AA phenylalanine will led to special clinical abnormalities: 

 

  Phenylketonuria:  

  This condition is caused by an abnormality of the 

phenylalanine hydroxylase enz. System, which catalysis the 
conversion of phenylalanine to tyrosine. 

  If this pathway is blocked or decreased then  

  Phenylalanine is converted into phenylketons and pyruvic acid 

which then execrated in the urine together with phenylalanine. 

  On the other hand there will be a shortage or absence of 

tyrosine in the body which will led to different pathologies. 

  The disease acquired its name from the recognition of this 

phenyl Kenton in the urine. 

  The disease affects many neo-born babies causing brain 

damage if not treated within few weeks. 

  Screening of neo-born infants is carried out in many countries 

to detect cases early: 

  The urine is turned olive-green on the addition of FeCl3  to the 

urine sample. 

 

  The clinical features are  

1)  Irritability  
2)  Feeding problems and vomiting. 
3)  Fits in the first few weeks of life.  

Febrile fits: Encephalitis, meningitis, urinary tract infections 
Respiratory tract infection. 

4)  Mental retardation develops between 4-6 months. 
5)  Generalized eczema in many cases. 
6)  Reduced melanin formation: many patients have a pale skin, 

fair hair and blue eyes.  

7)  Babies exposed in utero to a high levels of phenylalanine of 

diseased mothers may be mentally retarded and show other 
congenital abnormality even though they are themselves are 
not phenylketonuric (Maternal Phenylketonuria ) 

 

 

 

  Management 

  The aim of management: is to lower blood phenylalanine 

levels by giving a low phenylalanine diet.  

  Such treatment is difficult, expensive for the patient & parents. 
  Tyrosine must be included in the diet as it is the precursor of 

many important metabolites. 

  Heterozygous Phenylketonuria is clinically normal but may be 

detected by biochemical tests. 
 
 


background image

 

9

 

  Alkaptonuria 

  Alkaptonuria: is an inherited deficiency of Homogentisic acid 

oxidase results in excretion of large amounts of alkapton in 
urine.  

  Homogentisic acid accumulates in blood, tissues.  

  Oxidation and polymerization of this substance produce the 

pigment alkapton which has a deep black color similar to that 
of melanin.  
  Deposition of these pigments in cartilages may cause joint 

disease and may be visible as darkening of the ears.  

  Patients pass black urine if it is alkaline, or the urine will 

be dark as it becomes more alkaline on standing. 

  These findings may be  absent in significant number of 

cases and often first noticed by the mother who is worried 
about the napkins  which only becomes black when 
washed in alkaline soaps or detergents. 

  This condition is compatible with normal life span and 

treatment is unnecessary but arthritis is common in old age 
patients. 

  Heterozygote are not detectable by clinical or by biochemical 

findings. 

 

 

 

  Late in the disease, there is artheritis and connective tissue 

pigmentation due to oxidation of homogentisate to 
benzoquinone acetate which polymerizes and binds to 
connective tissue. 

 

 

  Albinism (Absence  of melanin pigment) 

  A deficiency of tyrosinase in melanocytes causes albinism. 

  The patient lacked pigmentation in the skin hair and iris.  

The eyes appear pink, acute photosensitivity occurs because of 
lack of melanin pigment in the skin and eyes. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 




رفعت المحاضرة من قبل: Mostafa Altae
المشاهدات: لقد قام 9 أعضاء و 105 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