La biosynthèse de l’hème est la série d’interactions chimiques qui aboutissent à la production d’hème. Cofacteur nécessaire à l’activité biologique des protéines, l’hème fonctionne comme un groupe prothétique pour les héméprotéines. Ces héméprotéines sont responsables du transport et de la détection des gaz diatomiques, du transfert d’électrons et de la catalyse chimique dans le corps.
Le processus de biosynthèse de l’hème commence dans les mitochondries, qui sont les parties d’une cellule qui produisent de l’énergie. La glycine et la succinyl coenzyme A sont condensées par l’enzyme limitante 5-aminolévulinique synthase (ALAs), avec la vitamine B6 comme co-enzyme. Cette interaction entraîne la production d’acide D-aminolévulinique (dALA), qui est ensuite transporté vers le cytosol.
Dans le cytosol, deux molécules d’acide D-aminolévulinique se combinent et sont dimérisées par l’acide aminolévulinique déshydratase pour produire le composé à cycle pyrrole porphobilinogène (PBG). La désamination par porphobilinogène désaminase combine quatre molécules de porphobilinogène en hydroxyméthyl bilane (HMB), un tétrapyrrole linéaire. La biosynthèse de l’hème se poursuit ensuite avec l’hydrolyse de l’hydroxyméthyl bilane en uroporphrinogène III avec l’uroporphrinogène III synthase. Cette conversion entraîne la fermeture du tétrapyrrole, formant un cycle.
La dernière étape de la biosynthèse de l’hème à se produire dans le cytosol est l’élimination des groupes carboxyliques de l’uroporphrinogène III par l’uroporphrinogène III décarboxylase, produisant du dioxyde de carbone et du coproporphyrinogène III. La synthèse est ensuite transportée vers les mitochondries, où l’élimination du groupe carboxyle et de deux atomes d’hydrogène du coproporphyrinogène III par la coproporphyrinogène oxydase produit le protoporphyrinogène IX. La protoporphyrinogène IX oxydase élimine ensuite six atomes d’hydrogène du protoporphyrinogène IX, produisant la protoporphyrine IX. Enfin, la ferrochélatase insère un atome de fer dans la protoporphyrine IX, ce qui entraîne l’hème.
Une fois la biosynthèse de l’hème terminée, l’hème se lie à une protéine pour remplir une fonction spécifique. L’hémoglobine, une hémoprotéine spécialisée composée d’hème et de quatre chaînes de globine, en est un exemple courant. L’hémoglobine est un composant majeur des globules rouges, et elle donne aux cellules leur coloration rouge. Dans le globule rouge, l’hémoglobine transporte l’oxygène vers les tissus du corps, où il est libéré pour être utilisé. L’hémoglobine transporte ensuite le dioxyde de carbone des tissus pour être libéré dans les poumons.
La biosynthèse de l’hème est altérée par la carence en fer, en raison du manque d’atomes de fer disponibles. Par la suite, l’hème ne peut pas être synthétisé et l’hémoglobine ne peut pas être formée. Si elle est suffisamment grave, l’anémie se développera en raison d’un manque de globules rouges fonctionnels avec suffisamment d’hémoglobine pour transporter les quantités requises d’oxygène vers les tissus. La carence en fer empêchant la biosynthèse de l’hème a de nombreuses causes, notamment une perte de sang chronique, une demande accrue de l’organisme comme pendant la grossesse, une malabsorption du fer et une mauvaise alimentation carencée en aliments riches en fer.