Porfirin adalah senyawa siklik yang tersusun atas empat cincin pirol dan dihubungkan oleh jembatan metenil. Atom nitrogen pada porfirin mampu mengikat ion logam, seperti Fe²⁺ pada heme, Fe³⁺ pada hemin, dan Mg²⁺ pada klorofil. Heme berikatan dengan protein untuk membentuk hemoglobin, mioglobin, dan sitokrom.
Sebagian besar sintesis heme berlangsung di sel pembentuk eritrosit pada sumsum tulang. Proses ini dimulai dari suksinil-KoA dan glisin dengan bantuan piridoksal fosfat, kemudian melalui pembentukan ALA, porfobilinogen, uroporfirinogen, koproporfirinogen, dan protoporfirinogen. Tahap terakhir dikatalisis oleh ferokelatase yang memasukkan Fe²⁺ ke dalam protoporfirin IX, sedangkan timbal menghambat ALA dehidratase dan ferokelatase.
Sintesis heme diatur oleh ALA-sintase melalui mekanisme umpan balik negatif. Jika kadar heme meningkat, sintesis ALA-sintase menurun, sedangkan beberapa obat seperti barbiturat dan kontrasepsi oral dapat meningkatkan pembentukan ALA. Kekurangan besi dapat menyebabkan masuknya Zn²⁺ ke dalam protoporfirin dan membentuk zinc protoporphyrin, yang dapat digunakan sebagai indikator klinis defisiensi besi.
Porfiria merupakan gangguan genetik dalam biosintesis heme dan umumnya diturunkan secara autosomal dominan. Gejalanya dapat berupa nyeri abdomen, gangguan neuropsikiatri, dan fotosensitivitas kulit. Jenis porfiria berbeda berdasarkan enzim yang terganggu, misalnya porfiria intermiten akut, porfiria eritropoietik kongenital, porfiria kutanea tarda, koproporfiria herediter, porfiria variegata, dan protoporfiria.
Eritrosit yang telah mencapai masa hidup sekitar 120 hari akan diambil dan diuraikan oleh sistem retikuloendotelial, terutama di hati dan limpa. Heme diubah menjadi biliverdin dan kemudian menjadi bilirubin tak terkonjugasi. Bilirubin ini sulit larut dalam air sehingga berikatan dengan albumin dalam plasma untuk dibawa ke hati.
Di hati, bilirubin diambil oleh hepatosit dan dikonjugasikan dengan dua molekul asam glukuronat melalui enzim bilirubin glukuroniltransferase. Konjugasi membuat bilirubin lebih larut dalam air dan memungkinkan pembentukannya menjadi bilirubin diglukuronida. Senyawa tersebut kemudian disekresikan secara aktif ke dalam empedu dan dialirkan menuju usus.
Di usus, bilirubin diglukuronida diubah oleh bakteri menjadi urobilinogen. Sebagian urobilinogen diserap kembali melalui sirkulasi enterohepatik, sebagian diubah menjadi sterkobilin yang memberi warna pada feses, dan sebagian kecil diekskresikan melalui urine sebagai urobilin. Jika kadar bilirubin darah meningkat, dapat terjadi hiperbilirubinemia dan ikterus, yaitu perubahan warna kulit dan sklera menjadi kuning.
Ikterus dapat bersifat prehepatik, hepatik, atau pascahepatik. Ikterus prehepatik umumnya disebabkan oleh pemecahan eritrosit berlebihan seperti pada malaria, anemia sel sabit, talasemia, atau gangguan autoimun, sedangkan ikterus hepatik disebabkan oleh kerusakan hati, gangguan konjugasi, hepatitis, sirosis, obat, atau toksin. Ikterus pascahepatik terjadi akibat sumbatan aliran empedu oleh batu, tumor, infeksi, pankreatitis, atau kelainan saluran empedu, dan diagnosisnya dibantu pemeriksaan bilirubin serta enzim hati seperti AST, ALT, dan fosfatase alkali.