ฮีโมโซอินเป็นของเสียที่เกิดจากการย่อยเลือด ของ ปรสิตที่กินเลือดบางชนิด สิ่งมีชีวิตที่กินเลือดเหล่านี้เช่น ปรสิต มาลาเรีย ( Plasmodium spp. ), RhodniusและSchistosomaจะย่อยฮีโมโกลบินและปล่อย ฮี ม อิสระออกมาในปริมาณมาก ซึ่งเป็นส่วนประกอบที่ไม่ใช่โปรตีนของฮีโมโกลบิน ฮีมเป็นกลุ่มโปรสเตติกที่ประกอบด้วย อะตอม เหล็กที่อยู่ตรงกลางของ วงแหวน พอร์ไฟรินแบบเฮเทอโรไซ คลิก ฮีมอิสระเป็นพิษต่อเซลล์ ดังนั้นปรสิตจึงเปลี่ยนมันให้เป็นรูปผลึกที่ไม่ละลายน้ำเรียกว่าฮีโมโซอิน ในปรสิตมาลาเรีย ฮีโมโซอินมักถูกเรียกว่าเม็ดสีมาลาเรีย

เนื่องจากการสร้างฮีโมโซอินมีความสำคัญต่อการอยู่รอดของปรสิตเหล่านี้ จึงเป็นเป้าหมายที่น่าสนใจสำหรับการพัฒนายามีการศึกษาฮีโมโซอินอย่างมากในเชื้อพลาสโมเดียมเพื่อค้นหายารักษาโรคมาลาเรีย ( จุดอ่อน ของมาลาเรีย ) ยาต้านมาลาเรีย ที่ใช้ในปัจจุบันหลายชนิด เช่นคลอโรควินและเมฟโลควินเชื่อกันว่าฆ่าปรสิตมาลาเรียโดยการยับยั้งการตกผลึกทางชีวภาพ ของฮีโมโซ อิน

โยฮันน์ ไฮน์ริช เมคเคล^{[ 1 ]}สังเกตเห็นเม็ดสีสีดำน้ำตาลในเลือดและม้ามของคนที่ป่วยเป็นโรคจิตในปี 1847 ^{[ 2 ]}อย่างไรก็ตาม จนกระทั่งปี 1849 จึงได้มีการเชื่อมโยงการมีอยู่ของเม็ดสีนี้กับการติดเชื้อมาลาเรีย^{[ 3 ]}ในตอนแรก เชื่อกันว่าเม็ดสีนี้ถูกผลิตขึ้นโดยร่างกายเพื่อตอบสนองต่อการติดเชื้อ แต่ชาร์ลส์ หลุยส์ อัลฟองส์ ลาเวอรันตระหนักในปี 1880 ว่า "เม็ดสีมาลาเรีย" นั้นถูกผลิตขึ้นโดยปรสิตในขณะที่พวกมันเพิ่มจำนวนขึ้นภายใน เซลล์ เม็ดเลือดแดง^{[ 4 ]}โรนัลด์ รอสส์ใช้ความเชื่อมโยงระหว่างเม็ดสีและปรสิตมาลาเรียเพื่อระบุระยะต่างๆ ใน วงจรชีวิต ของพลาสโมเดียมที่เกิดขึ้นภายในยุง เนื่องจากถึงแม้ว่าปรสิตในรูปแบบเหล่านี้จะมีลักษณะแตกต่างจากระยะในเลือด แต่ก็ยังคงมีร่องรอยของเม็ดสีอยู่

ต่อมาในปี 1891 T. Carbone และ WH Brown (1911) ได้ตีพิมพ์เอกสารที่เชื่อมโยงการสลายตัวของฮีโมโกลบินกับการผลิตเม็ดสี โดยอธิบายว่าเม็ดสีมาลาเรียเป็นรูปแบบหนึ่งของฮีมาติน และหักล้างความคิดที่แพร่หลายว่ามันเกี่ยวข้องกับเมลานิน บราวน์สังเกตว่าเมลานินทั้งหมดจะฟอกสีอย่างรวดเร็วด้วยโพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนต ในขณะที่เม็ดสีมาลาเรียไม่แสดงปฏิกิริยาฟอกสีที่แท้จริงแม้แต่น้อยเมื่อใช้สารรีเอเจนต์นี้^{[ 5 ] [ 6 ]}ชื่อ "ฮีโมโซอิน" ได้รับการเสนอโดยLouis Westenra Sambon [ ^{7 ] ใน}ช่วงทศวรรษ 1930 ผู้เขียนหลายคนระบุว่าฮีโมโซอินเป็นรูปแบบผลึกบริสุทธิ์ของ α-ฮีมาติน และแสดงให้เห็นว่าสารนี้ไม่มีโปรตีนอยู่ภายในผลึก^{[ 4 ]}แต่ไม่มีคำอธิบายสำหรับความแตกต่างของความสามารถในการละลายระหว่างเม็ดสีมาลาเรียและผลึก α-ฮีมาติน

ในระหว่างวงจรการสืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศภายในเม็ดเลือดแดงPlasmodium falciparum จะบริโภค ฮีโมโกลบินของเซลล์เจ้าบ้านได้มากถึง 80% [ ^{8 ] [ 9 ] การ}ย่อยฮีโมโกลบินจะปล่อยโมโนเมอร์ α-hematin ( ferriprotoporphyrin IX) ออกมา สารประกอบนี้เป็นพิษ เนื่องจากเป็นสารก่ออนุมูลอิสระและเร่งปฏิกิริยาการสร้างอนุมูลออกซิเจนเชื่อ กันว่า ความเครียดจากออกซิเดชันเกิดขึ้นระหว่างการเปลี่ยนฮีม (ferroprotoporphyrin) เป็นฮีมาติน (ferriprotoporphyrin) ฮีมาตินอิสระยังสามารถจับกับและทำลายเยื่อหุ้มเซลล์ทำให้โครงสร้างเซลล์เสียหายและทำให้เม็ดเลือดแดงของเจ้าบ้านแตกสลายได้^{[ 10 ]}ปฏิกิริยาเฉพาะตัวของโมเลกุลนี้ได้รับการพิสูจน์แล้วในสภาวะการทดลองในหลอดทดลองและในร่างกาย หลายประการ ^{[ 11 ]}

ดังนั้น ปรสิตมาลาเรียจึงกำจัดพิษของฮีมาตินโดยกระบวนการไบโอคริสตัลไลเซชัน ซึ่งจะเปลี่ยนฮีมาตินให้เป็น ผลึก β-ฮีมาตินที่ไม่ละลายน้ำและเฉื่อยทางเคมี(เรียกว่าฮีโมโซอิน) ^{[ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]}ในพลาสโมเดียมช่องว่างอาหารจะเต็มไปด้วยผลึกฮีโมโซอิน ซึ่งมีความยาวประมาณ 100–200 นาโนเมตรและแต่ละผลึกประกอบด้วยโมเลกุลฮีมประมาณ 80,000 โมเลกุล^{[ 4 ]}การกำจัดพิษผ่านกระบวนการไบโอคริสตัลไลเซชันนั้นแตกต่างจากกระบวนการกำจัดพิษในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม ซึ่งเอนไซม์ที่เรียกว่าฮีมออกซิเจเนสจะสลายฮีมส่วนเกินให้เป็นบิลิเวอร์ดินเหล็กและคาร์บอนมอนอกไซด์แทน^{[ 16 ]}

มีการเสนอหลายกลไกสำหรับการผลิตฮีโมโซอินในพลาสโมเดียมและบริเวณนี้ยังเป็นที่ถกเถียงกันอย่างมาก โดยมีการเสนอว่าลิปิดของเยื่อหุ้มเซลล์^[ 17 ] ^{[ 18 ]โปรตีนที่}อุดมด้วยฮิสติดีน^{[ 19 ]}หรือแม้แต่การรวมกันของทั้งสอง^{[ 20 ]}เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในการสร้างฮีโมโซอิน ผู้เขียนคนอื่นๆ ได้อธิบายถึงโปรตีนล้างพิษฮีม ซึ่งอ้างว่ามีประสิทธิภาพมากกว่าลิปิดหรือโปรตีนที่อุดมด้วยฮิสติดีน^{[ 12 ]}เป็นไปได้ว่ากระบวนการหลายอย่างมีส่วนช่วยในการสร้างฮีโมโซอิน^{[ 21 ]} การสร้างฮีโมโซอินในสิ่งมีชีวิตที่กินเลือดชนิดอื่นๆ ยังไม่ได้รับการศึกษาอย่างละเอียดเท่าในพลาสโมเดียม [ ^{22 ] อย่างไรก็ตาม}การศึกษาเกี่ยวกับSchistosoma mansoniได้เปิดเผยว่าพยาธิ นี้ ผลิตฮีโมโซอินในปริมาณมากในระหว่างการเจริญเติบโตในกระแสเลือดของมนุษย์ แม้ว่ารูปร่างของผลึกจะแตกต่างจากที่ผลิตโดยปรสิตมาลาเรีย^{[ 23 ]}แต่การวิเคราะห์ทางเคมีของเม็ดสีแสดงให้เห็นว่ามันประกอบด้วยฮีโมโซอิน^{[ 24 ] [ 25 ]}ในทำนองเดียวกัน ผลึกที่เกิดขึ้นในลำไส้ของแมลงจูบRhodnius prolixusระหว่างการย่อยอาหารเลือดก็มีรูปร่างเฉพาะตัวเช่นกัน แต่ประกอบด้วยฮีโมโซอิน^{[ 26 ]}การก่อตัวของ Hz ใน ลำไส้กลางของ R. prolixusเกิดขึ้นภายใต้สภาวะทางกายภาพและเคมีที่เกี่ยวข้องทางสรีรวิทยา และไขมันมีบทบาทสำคัญในการตกผลึกทางชีวภาพของฮีม การตกผลึกของฮีมแบบเร่งปฏิกิริยาด้วยตนเองไปเป็น Hz พบว่าเป็นกระบวนการที่ไม่มีประสิทธิภาพ และการแปลงนี้จะลดลงอีกเมื่อความเข้มข้นของ Hz เพิ่มขึ้น^{[ 27 ]}

มีการพัฒนากลไกอื่นๆ อีกหลายอย่างเพื่อปกป้องสิ่งมีชีวิต ที่กินเลือดหลากหลายชนิด จากผลกระทบที่เป็นพิษของฮีมอิสระยุงย่อยอาหารที่เป็นเลือดภายนอกเซลล์และไม่สร้างฮีโมโซอิน ฮีมจะถูกกักเก็บไว้ในเมทริกซ์เพอริโทรฟิกซึ่งเป็นชั้นของโปรตีนและโพลีแซคคาไรด์ที่ปกคลุมลำไส้ส่วนกลางและแยกเซลล์ลำไส้ออกจากก้อนเลือด^{[ 28 ]}

แม้ว่า β-hematin จะสามารถผลิตขึ้นเองได้ในการทดสอบที่pH ต่ำ แต่การพัฒนาวิธีการที่เรียบง่ายและเชื่อถือได้ในการวัดการผลิต hemozoin นั้นทำได้ยาก ส่วนหนึ่งเป็นเพราะความไม่แน่นอนอย่างต่อเนื่องเกี่ยวกับโมเลกุลที่เกี่ยวข้องกับการผลิต hemozoin และส่วนหนึ่งเป็นเพราะความยากลำบากในการวัดความแตกต่างระหว่าง heme ที่รวมตัวกันหรือตกตะกอน และ hemozoin ที่แท้จริง^{[ 29 ]}การทดสอบในปัจจุบันมีความไวและแม่นยำ แต่ต้องใช้ขั้นตอนการล้างหลายขั้นตอน จึงช้าและไม่เหมาะสำหรับ การคัด กรองปริมาณมาก^{[ 29 ]}อย่างไรก็ตาม มีการคัดกรองบางส่วนที่ดำเนินการโดยใช้การทดสอบเหล่านี้^{[ 30 ]}

ผลึก β-Hematin เกิดจากไดเมอร์ของโมเลกุลเฮมาตินซึ่งเชื่อมต่อกันด้วยพันธะไฮโดรเจนเพื่อสร้างโครงสร้างที่ใหญ่ขึ้น ในไดเมอร์เหล่านี้พันธะโคออร์ดิเนตเหล็ก - ออกซิเจน จะเชื่อมเหล็กตรงกลางของเฮมาตินหนึ่งตัวเข้ากับออกซิเจนของโซ่ ข้าง คาร์บอกซิเลตของเฮมาตินที่อยู่ติดกัน พันธะเหล็ก-ออกซิเจนแบบผกผันเหล่านี้มีความผิดปกติอย่างมากและไม่เคยพบในไดเมอร์พอร์ไฟรินอื่นใด β-Hematin อาจเป็นไดเมอร์ แบบวงจร หรือพอลิเมอร์ เชิงเส้น ^{[ 31 ]} รูปแบบพอลิเมอ ร์ไม่เคยพบในเฮโมโซอิน ซึ่งหักล้างความคิดที่แพร่หลายว่าเฮโมโซอินผลิตโดยเอนไซม์เฮม-พอลิเมอเรส^{[ 32 ]}

ผลึกฮีโมโซอินมี โครงสร้าง ไตรคลินิก ที่โดดเด่น และมีคุณสมบัติแม่เหล็ก อ่อน ความแตกต่างระหว่าง ออกซีฮีโมโกลบิน แบบไดอะแมก เนติก สปินต่ำและ ฮีโมโซอิน แบบพาราแมกเนติกสามารถใช้สำหรับการแยก^{[ 33 ] [ 34 ]}นอกจากนี้ยังแสดงคุณสมบัติไดโครอิซึม เชิงแสง ซึ่งหมายความว่าพวกมันดูดซับแสงได้แรงกว่าตามความยาวมากกว่าตามความกว้าง ทำให้สามารถตรวจจับมาลาเรียได้โดยอัตโนมัติ^{[ 35 ]}ฮีโมโซอินถูกผลิตขึ้นในรูปแบบที่ภายใต้การกระทำของสนามแม่เหล็ก ที่ใช้ จะทำให้เกิดไดโครอิซึม เชิงแสงเหนี่ยวนำซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะของความเข้มข้นของฮีโมโซอิน และการวัด ไดโครอิซึมเหนี่ยวนำนี้อย่างแม่นยำ( ไดโครอิซึมแบบวงกลมแม่เหล็ก ) อาจใช้เพื่อกำหนดระดับการติดเชื้อมาลาเรีย^{[ 36 ]}

การสร้างฮีโมโซอินเป็นเป้าหมายยาที่ดีเยี่ยม เนื่องจากเป็นสิ่งจำเป็นต่อการอยู่รอดของปรสิตมาลาเรียและไม่มีอยู่ในโฮสต์ที่เป็นมนุษย์ เป้าหมายยาอย่างฮีมาตินนั้นได้มาจากโฮสต์และส่วนใหญ่อยู่นอกเหนือการควบคุมทางพันธุกรรมของปรสิต ซึ่งทำให้การพัฒนาความต้านทานยาทำได้ยากขึ้น ยาที่ใช้ในทางคลินิกหลายชนิดเชื่อว่าออกฤทธิ์โดยการยับยั้งการสร้างฮีโมโซอินในช่องว่างอาหาร^{[ 37 ]}ซึ่งจะป้องกันการล้างพิษของฮีมที่ปล่อยออกมาในช่องนี้และฆ่าปรสิต^{[ 38 ]}

ตัวอย่างที่เข้าใจได้ดีที่สุดของ สารยับยั้ง การตกผลึกชีวภาพ ของฮีมาตินดังกล่าว คือ ยา ควินอลีนเช่นคลอโรควินและเมฟโลควินยาเหล่านี้จับกับทั้งผลึกฮีมอิสระและฮีโมโซอิน^{[ 39 ]}และด้วยเหตุนี้จึงปิดกั้นการเพิ่มหน่วยฮีมใหม่ลงบนผลึกที่กำลังเติบโต ด้านที่เล็กที่สุดและเติบโตเร็วที่สุดคือด้านที่เชื่อกันว่าสารยับยั้งจะจับ^{[ 40 ] [ 41 ]}

ฮีโมโซอินถูกปล่อยเข้าสู่ระบบไหลเวียนโลหิตระหว่างการติดเชื้อซ้ำและถูกฟาโกไซโตซิสในร่างกายและในหลอดทดลองโดยฟาโกไซต์ของโฮสต์ และเปลี่ยนแปลงการทำงานที่สำคัญในเซลล์เหล่านั้น การเปลี่ยนแปลงการทำงานส่วนใหญ่เป็นผลกระทบระยะยาวหลังฟาโกไซโตซิส^{[ 42 ] [ 43 ]}รวมถึงการยับยั้งการสร้างเม็ดเลือดแดงที่แสดงให้เห็นในหลอดทดลอง^{[ 44 ] [ 45 ] [ 46 ]} ในทางตรงกันข้าม ยังพบว่ามีการกระตุ้นการระเบิดออกซิเดชันในระยะสั้นอย่างรุนแรงโดยโมโนไซต์ของมนุษย์ระหว่างการฟาโกไซโตซิสของ nHZ ^{[ 47 ]} การเกิด ลิพิดเปอร์ออกซิเดชันที่เร่งปฏิกิริยาโดยเหล็กฮีโมโซอินโดยไม่ใช้เอนไซม์ได้รับการอธิบายไว้ในเซลล์ภูมิคุ้มกัน^{[ 48 ] [ 49 ]} ผลิตภัณฑ์ลิพิดเปอร์ออกซิเดชัน เช่น กรดไฮดรอกซีไอโคซาเตตราอีโนอิก (HETEs) และ 4-ไฮดรอกซีโนเนนอล (4-HNE) มีส่วนเกี่ยวข้องในการปรับเปลี่ยนภูมิคุ้มกัน^{[ 43 ] [ 46 ] [ 49 ] [ 50 ] [ 51 ] [ 52 ]}

• การตกผลึกทางชีวภาพ
• การค้นพบยา
• ประวัติของโรคมาลาเรีย
• โรคปรสิต