血红素是一种含铁卟啉，可作为[血红蛋白](/guides/ Protein-Structure.html)、肌红蛋白、细胞色素（在[氧化磷酸化](/guides/oxygen-phorylation.html)中发挥作用）、过氧化氢酶和一氧化氮合酶的辅基。其生物合成和降解涉及八个酶促步骤，并受到严格调节，以维持铁稳态并防止有毒中间体的积累。

血红素生物合成

血红素合成在线粒体中开始，并在细胞质中继续，然后返回线粒体完成。第一个反应在 ALA 合酶的催化下，将甘氨酸与琥珀酰辅酶 A 缩合形成氨基乙酰丙酸。这是该途径的限速步骤，需要磷酸吡哆醛作为辅助因子。 ALA 合酶由血红素通过反馈抑制和转录抑制来调节。存在两种亚型：ALAS1 是管家亚型，ALAS2 是红细胞特异性亚型。

ALA 被输出到细胞质，其中两个分子被 ALA 脱水酶缩合形成胆色素原。这种酶被铅抑制，导致铅中毒贫血。然后四个 PBG 分子通过胆色素原脱氨酶连接形成线性四吡咯，称为羟甲基联烷。

尿卟啉原 III 形成

羟甲基联烷可以自发环化为尿卟啉原 I（一种无法使用的异构体），或者通过尿卟啉原 III 合酶转化为正确的尿卟啉原 III。这种酶翻转吡咯环之一，产生天然卟啉的不对称结构特征。这种酶的缺乏会导致先天性红细胞生成性卟啉症。

尿卟啉原 III 通过尿卟啉原脱羧酶脱羧为粪卟啉原 III，该酶从乙酸侧链上除去四个羧基。粪卟啉原 III 进入线粒体，其中粪卟啉原氧化酶将两个丙酸侧链转化为乙烯基，形成原卟啉原 IX。

原卟啉 IX 和铁插入

原卟啉原氧化酶将卟啉原环氧化为完全结合的原卟啉 IX，产生特有的红色。这种酶需要分子氧并被一些除草剂抑制。最后，亚铁螯合酶将亚铁插入原卟啉 IX 的中心形成血红素。铅还会抑制亚铁螯合酶，损害血红素合成。

监管

血红素合成主要在 ALA 合酶水平上受游离血红素浓度的调节。血红素抑制 ALAS1 转录，破坏 ALAS1 mRNA 的稳定性，并阻止 ALAS1 的线粒体输入。血红素还诱导血红素加氧酶，这是血红素降解中的第一种酶，提供血红素水平的协调调节。在红系细胞中，铁的可用性是主要的调节因子，ALAS2 翻译由铁响应元件和铁调节蛋白控制。

卟啉症

卟啉症是由血红素生物合成酶缺陷引起的疾病，根据酶表达的主要位点分为肝性卟啉症或红细胞生成性卟啉症。急性间歇性卟啉症是由 PBG 脱氨酶缺乏引起的，导致 ALA 和 PBG 积聚。急性发作表现为严重腹痛、神经精神症状和自主神经功能障碍，通常由诱导 CYP450 酶和消耗血红素的药物引发。

迟发性皮肤卟啉症是最常见的卟啉症，由尿卟啉原脱羧酶缺乏引起。暴露在阳光下的部位会出现皮肤脆弱、起泡和多毛等症状。肝细胞癌的风险增加。铁螯合酶缺乏引起的红细胞生成性原卟啉症会引起疼痛的光敏反应，但不会起水泡。

血红素降解

血红素降解主要发生在网状内皮系统中，特别是脾脏和肝脏。血红素加氧酶是限速酶，在 α-亚甲基桥处裂解卟啉环，产生胆绿素、亚铁和一氧化碳。 H2O 是由血红素本身和氧化应激诱导的。 HO-1 是诱导型亚型； HO-2 是组成型表达的。

胆绿素还原酶将胆绿素还原为胆红素（一种黄色色素）。未结合胆红素是亲脂性的，并与白蛋白结合转运至肝脏。在肝脏中，胆红素通过UDP-葡萄糖醛酸基转移酶与葡萄糖醛酸结合，产生水溶性胆红素二葡萄糖苷酸。结合胆红素分泌到胆汁中并运输到肠道。

在肠道中，细菌β-葡萄糖醛酸酶使胆红素解离，产生的胆红素被还原为尿胆素原和粪胆素原，使粪便呈棕色。一些尿胆素原被重吸收并随尿液排出。当胆红素在血液中积聚，导致皮肤和巩膜变黄时，就会出现黄疸。