Katabolismus hemu – tvorba bilirubinu
Proteiny obsahující hem podléhají rozpadu podobně jako jiné bílkoviny. Asi 80–85 % hemu pochází z hemoglobinu erytrocytů, zbylých 15–20 % má původ v ostatních hemoproteinech, jako jsou cytochromy a enzymy. Hemoglobin erytrocytů je katabolizován po rozpadu červených krvinek, tedy asi po 120 dnech jejich života, kdy jsou fagocytovány makrofágy a Kupferovými buňkami v retikuloendotelovém systému (RES) kostní dřeně, sleziny a jater. Proteinové složky erytrocytu včetně hemoglobinu jsou rozštěpeny hydrolasami. Volné aminokyseliny globinu a ostatních hemoproteinů jsou recyklovány. Volný hem je toxický a nemůže být recyklován a je postupně přeměněn na bilirubin (Obr. 18).
Obr. 18. Zánik erytrocytu a rozložení hemoglobinu (upraveno z eClinPath 2013)
Železo hemu se uvolní ve formě Fe3+, váže se na transferin a v kostní dřeni je znovu využito pro tvorbu hemoglobinu, zatímco porfyrinový řetězec se otevře a linearizuje za vzniku biliverdinu a oxidu uhelnatého.
Přeměnu hemu na biliverdin katalyzuje enzym hemoxygenasa, jehož koenzymem je redukovaný NADPH. Vzniklý CO (jediný endogenní zdroj oxidu uhelnatého) je transportován hemoglobinem jako karboxyhemoglobin.
V dalším reakčním kroku vzniká z biliverdinu bilirubin za katalýzy biliverdinreduktasou. Koenzymem je opět redukovaný NADPH (Obr. 19).
Obr. 19. Syntéza bilirubinu (upraveno z Memorangapp.com)
Bilirubin je z místa vzniku transportován do jater, kde je vylučován do žluči. Bilirubin vzniklý v retikuloendotelovém systému je na pohled zdánlivě hydrofilní, avšak jeho molekula je „sbalena“ intramolekulárními vodíkovými můstky a v tomto prostorovém uspořádání není volný bilirubin rozpustný ve vodě (Obr. 20).
Obr. 20. Molekula volného bilirubinu s intramolekulárními vodíkovými můstky (Vítek 2009)
V krvi se proto nekovalentně váže na albumin. Molekula albuminu má dvě vazebná místa pro bilirubin. V tomto komplexu je transportován krví do jater. Z krve přestupuje do hepatocytu pouze bilirubin, albumin zůstává v krvi. Přestup bilirubinu z krve do jater se uskutečňuje usnadněnou difuzí pomocí transportérů ze skupiny polypeptidů transportujících organické anionty (OATP – organic anion transporting polypeptides). V hepatocytu je bilirubin zachycen vazbou na enzym glutathion-S-transferasu (GST; dříve popisovaná jako ligandin). V komplexu s tímto enzymem je transportován do endoplasmatického retikula. (Pozn.: při frakcionaci buněčného homogenátu ultracentrifugací patří endoplasmatické retikulum do frakce, označované jako mikrosomy). Zde je bilirubin konjugován s kyselinou glukuronovou na bilirubindiglukuronid (asi 90 %), částečně na bilirubinmonoglukuronid. Vazbou na kyselinu glukuronovou se bilirubin stává hydrofilnějším a je vylučován z hepatocytu do žlučového vývodu. Transport konjugovaného bilirubinu do žlučového duktu zajišťuje transportér MRP2 (multidrug resistence-associated protein 2) z rodiny kasetových transportérů závislých na ATP (ATP-binding cassette sub-family C member 2; ABCC2) (Obr. 21).
Obr. 21. Konjugace bilirubinu v hepatocytu a transport do žluči. (upraveno z Veselý a Ehrmann 2012). B = bilirubin; OATP = organic anion transporting polypeptide; GST = glutathion-S-transferasa; UGT = uridindifosfátglukuronyltransferasa; BMG = bilirubinmonoglukuronid; BDG = bilirubindiglukuronid; MRP2 (MDR2) = multidrug resistence-associated protein 2.
Ačkoliv bilirubin je endogenně vzniklou látkou, celý postup jeho eliminace je analogický biotransformaci látek tělu cizích (xenobiotik).
Konjugovaný bilirubin se jako součást žluči dostává vývodnými cestami žlučovými do střevního traktu. Pro bakteriální střevní flóru je kyselina glukuronová výborným energetickým substrátem, zatímco dekonjugovaný bilirubin je pouze přeměněn na další porfyrinovou strukturu, uroporfyrinogen (bezbarvá látka), který z 90 % přechází do stolice po autooxidaci na hnědý sterkobilin, který je základním barvivem stolice. Asi 10 % urobilinogenu se ze střeva reabsorbuje portálním systémem do krve. Z něj se 9 % znovu játry vyloučí do střeva a 1 % se vyloučí ledvinami do moči (částečně autooxidovaný na žlutý urobilin) (Obr. 22).
Obr. 22. Bilirubin a produkty jeho přeměny (upraveno z Gressner a Gressner 2018).
Za normálních okolností je veškerý nekonjugovaný bilirubin transportován ve vazbě na albumin do jater, kde je konjugován. Vzniklý konjugovaný bilirubin je vyloučen do žluči a v krevním oběhu se prakticky nevyskytuje. Nekonjugovaný bilirubin vázaný na albumin se v ledvinových glomerulech nefiltruje a v moči proto není přítomen (Obr. 23).
Obr. 23. Metabolismus hemu a osud jeho produktů (převzato z Dršata 1983)