Hem biyosentezi için temel prekürsör, glisin amino asididir.
Hem sentezinde ilk reaksiyon ve son üç reaksiyon mitokondride, diğerleri sitoplazmada gerçekleşir.
Hem biyosentezi için ilk reaksiyon, mitokondride glisin ile süksinil-KoA’nın, a-amino-b-ketoadipat üzerinden d-aminolevülinat (ALA) oluşturmak üzere reaksiyonlaşmasıdır.
ALA sentaz, porfirin biyosentezinde hız belirleyici enzimdir.
Mitokondride oluşan d-aminolevülinat (ALA), sitoplazmaya çıkar.
Sitoplazmada, 2 molekül d-aminolevülinat (ALA), porfobilinojen (PBG) oluşturmak üzere kondense olur. Reaksiyonu porfobilinojen sentaz (ALA dehidrataz) katalizler
ALA dehidrataz, Zn2+ gerektiren sitozolik bir enzimdir; sülfhidril grupları içerir; ağır metallerle inhibisyona çok hassastır. Kurşun ile zehirlenmelerde ALA miktarı artar.
Dört molekül porfobilinojen, üroporfirinojen I sentaz (porfobilinojen deaminaz) ve üroporfirinojen III kosentaz etkisiyle hidroksimetilbilan ara ürünü üzerinden üroporfirinojen III (ÜRO III) oluşturur
Üroporfirinojen III, üroporfirinojen dekarboksilaz etkisiyle koproporfirinojen III’e dönüştürülür
Koproporfirinojen III, mitokondriye taşınır ve burada mitokondriyal bir enzim olan Koproporfirinojen oksidaz, koproporfirinojen III’den protoporfirinojen IX oluşturur
Mitokondride protoporfirinojen oksidaz etkisiyle, protoporfirinojen IX’dan protoporfirin IX oluşur
Aktivite için redükleyici ajanlara gereksinim gösteren ferroşelataz, protoporfirin IX içerisine demir yerleşimini katalizler ve böylece hem molekülü oluşur
Hem, ALA sentazın feedback inhibitörüdür