Gli amminoacidi come precursori biosintetici

Alcuni amminoacidi, oltre alla loro principale funzione di blocchi di costruzione delle proteine, sono precursori essenziali di numerose biomolecole importanti, compresi i nucleotidi e i coenzimi nucleotidici, l'eme, svariati ormoni e neurotrasmettitori.
LA BIOSINTESI E LA DEGRADAZIONE DELL'EME
L'eme è un gruppo prostetico contenente Fe che è un componente essenziale di molte proteine, principalmente dell'emoglobina, della mioglobina e dei citocromi. È stato dimostrato che tutti gli atomi di C e N dell'eme possono derivare da acetato e glicina, anche se, bisogna precisare, che  l'acetato viene prima convertito in succinil-CoA. Infatti la prima fase della biosintesi dell'eme è una condensazione di succinil-CoA con glicina seguita da una decarbossilazione che forma acido δ-amminolevulinico (ALA) catalizzata dall'enzima δ-amminolevulinico sintasi. L'anello pirrolico si forma nella fase successiva della via metabolica attraverso il collegamento di due ALA che formano porfobilinogeno (PBG). La reazione, in questo caso, è catalizzata da un enzima che richiede Zn: la porfobilinogeno sintasi. La fase successiva della biosintesi dell'eme è la condensazione di quattro molecole di PGB che formano uroporfirinogeno III, il nucleo della porfirina, in una serie di reazioni catalizzate da uroporfirinogeno sintasi e da uroporfirinogeno III cosintasi. Quest'ultima reazione inizia con la sostituzione da parte dell'enzima del gruppo amminico del PBG per formare un addotto covalente. Un secondo, terzo e quarto PBG vengono aggiunti sequenzialmente tramite la sostituzione del gruppo amminico primario su un PBG da parte di un atomo di carbonio sull'anello pirrolico del PBG successivo per generare il tetrapirrolo lineare idrossimetilbilano. A questo punto la ciclizzazione richiede la partecipazione dell'uroporfirinogeno III cosintasi. Comunque, la biosintesi dell'eme ha sede parte nel mitocondrio e parte nel citosol. ALA viene sintetizzato nei mitocondri e trasportata nel citosol per essere convertita in PBG e quindi in uroporfirinogeno III. La protoporfirina IX, a cui viene aggiunto Fe per formare l'eme, viene prodotta a partire dall'uroporfirinogeno III con una serie di reazioni catalizzate da (1) uroporfirinogeno decarbossilasi, che decarbossila tutte e quattro le catene laterali di acetato formando gruppi metilici; (2) coproporfirinogeno ossidasi che decarbossila in modo ossidativo due delle catene laterali di propionato in gruppi vinilici; (3) e protoporfirinogeno ossidasi, che ossida i gruppi metilici che collegano gli anelli pirrolici ai gruppi metenilici. Durante quest'ultima reazione il composto macrociclico viene trasportato nel mitocondrio per le reazioni finali della via. La protoporfirina IX viene convertita in eme grazie all'inserzione di Fe(II) nel nucleo tetrapirrolico da parte della ferrochelatasi. Al termine della loro vita, i globuli rossi sono rimossi dalla circolazione e i loro componenti vengono degradati. Il catabolismo dell'eme, allora, inizia con il taglio ossidativo della porfirina tra gli anelli A e B generando biliverdina, un tetrapirrolo lineare verde. Il ponte metenico centrale della biliverdina (tra gli anelli C e D) viene quindi ridotto dando origine alla bilirubina rosso-arancio. (Il cambiamento di colore delle ecchimosi è una dimostrazione visibile della degradazione dell'eme).