Применение железа в медицине

Применение железа и его соединений в медицине и народном хозяйстве.

⇐ Предыдущая123456

Для профилактики и лечения железодефицитных анемий применяют лекарственные препараты двух- и трехосновного железа. Лучше всасываются и усваиваются препараты двухосновного (закисного) железа, хуже – трехосновное (окисного). Для всасывания необходимо наличие в желудке достаточного количества свободной соляной кислоты (для растворения и диссоциации принятых препаратов), поэтому при секреторной недостаточности желудка препараты железа назначают вместе с желудочным соком или кислотой хлороводородной разведенной.

Восстановители (в т.ч. аскорбиновая кислота) способствуют переходу трехосновного железа в двухосновное, что улучшает всасывание. Белки слизистой оболочки желудка и кишечника и др. образуют с железом комплексы, способствующие всасыванию железа.

Назначают препараты железа для лечения и профилактики железодефицитных (гипохромных) анемий различной этиологии. Таблетки препаратов, содержащих железо, следует проглатывать, не разжевывая.

Препараты железа противопоказаны при гемахроматозе, апластичееской и гемолитической анемии, хронических заболеваниях печени и почек, хронических воспалительных заболеваниях, лейкозах.

Осторожность следует соблюдать при язвенной болезни желудка и 12ти перстной кишки, язвенном колите, энтеритах.

Препараты:

1. Железа закисного лактат (железа лактат)

2. Таблетки «Гемастимулин» содержит: кровь сухую пищевую 0, 123

железа лактат 0, 246

меди сульфат 0, 005

3. Таблетки «Фитоферролактол» содержит железа лактат и фитин по 0, 2 г

4. Железа закисного сульфат

5. Таблетки «Феррокаль» содержат: железа сульфат 0, 2

кальция фруктозодифосфата 0, 1 церебролецитина 0, 02

6. Драже «Ферроплекс» содержит 0, 05 FeSO4 и 30 мг аскорбиновой к-ты

7. Конферон (капсулы)

8. Ферро-Градумент, таблетки, покрытые оболочкой, содержащие по 0, 525 г FeSO4. Сульфат железа находится в таблетках в специальной полимерной губкообразной массе (грудумент), что обеспечивает постепенное выделение железа в течение нескольких часов после приема внутрь.

9. Сироп Алоэ с железом.

10. Ферамид (дихлородиникотонамид железа (II))

11. Феррум Лек для В/м и в/в инъекций, содержит в 1 ампуле (2 мл) 0, 1 г трехосновного железа в виде комплекса с мальтозой и другие препараты.

Выводы:

1. Для профилактики и лечения железодефицитных анемий применяют лекарственные препараты двух- и трехосновного железа.( железа лактат, таблетки «Гемастимулин» , таблетки «Фитоферролактол», драже «Ферроплекс» , сироп Алоэ с железом и др.)

2.Таблетки препаратов, содержащих железо, следует проглатывать, не разжевывая.

3.Препараты железа противопоказаны при гемахроматозе, апластичееской и гемолитической анемии, хронических заболеваниях печени и почек, хронических воспалительных заболеваниях, лейкозах.

Осторожность следует соблюдать при язвенной болезни желудка и 12ти перстной кишки, язвенном колите, энтеритах.

Вопросы для самоконтроля:

1.Как изменяются окислительно-восстановительные свойства в ряду соединений Mn+2 Mn+7?

2.Как изменяются кислотно-основные свойства в этом ряду?

3.Как доказать основные свойства оксида марганца (II)?

4.Как подтвердить амфотерные свойства гидроксида марганца (IV)?

5.Какие свойства (окислителя или восстановителя) проявляет в ОВР оксид марганца (IV) и почему?

6.Какими свойствами (окислителя и восстановителя) обладает перманганат калия?

7.Какую окраску имеют соединения марганца (II), (IV), (VI), (VII)?

8.Как изменяется окислительно-восстановительная способность перманганата калия в зависимости от реакции среды раствора?

9.Перечислите физические свойства железа?

10.Как доказать практически, что Fe (+3) проявляет свойства восстановителя?

11.Назовите реактив на железо (+2)?

12.Укажите эффект этой реакции?

13.Перечислите реактивы на железо (+3)?

14.При каких заболеваниях применяют препараты железа?

Тестовые задания для самоконтроля:

1.Заряд ядра атома железа равен :

А. +8

Б. +56

В. +26

Г. +16

2. Общее число электронов у иона Mn2+

А. 23

Б. 25

В. 27

Г. 55

3. Вещество с металлической связью это :

А. поваренная соль

Б. железо

В. железный купорос

Г. сахароза

4. Щелочную среду имеют растворы:

А. FeSO4

Б. FeCI3

В. K2SO3

Г. Na2CO3

5. Соли, которые гидролизуются по аниону, — это:

А. MnCI2

Б. Na2S

В. KCIO4

Г. K2CO3

6. Соли, которые гидролизуются по катиону, — это:

А. CaBr2

Б. FeBr3

В. NH4NO3

Г. KNO3

7. Щелочную реакцию среды имеет раствор :

А. K2CO3

Б. KBr

В. Na2SO4

Г. FeSO4

Не гидролизуются хлориды

А. бария

Б. алюминия

В. железа (111)

Г. лития

9. Соли, которые не подвергаются гидролизу, -это:

А. FeBr2

Б. NaBr

В. Ba(CIO4)2

Г. Ca(CIO)2

10. Соли, которые подвергаются гидролизу, — это:

А. FeSO4

Б. BaSO4

В. AgCI

Г. KF

11. Высшую валентность марганец имеет в соединении:

А. MnO3

Б. K2MnO4

В. Na2MnO3

Г. Ca(MnO4)2

12. Соединение, содержащее Мn+7 в кислой среде, восстанавливается до соединения, содержащего :

А. Мn+4

Б. Мn+6

В. Мn+2

Г. Мn0

13. Среди следующих веществ щелочью является:

А. Zn(OH)2

Б. Fe(OH)2

В. Sr(OH)2

Г. Cu(OH)2

14. Формула дигидрофосфата железа (III) – это:

А. FeHPO4

Б. Fe(H2PO4)3

В. Fe(H2PO4)2

Г. Fe2(HPO4)3

15. Марганцовой кислоте HMnO4 отвечают оксиды:

А. MnO2

Б. Mn2O3

В. Mn2O7

Дефицит железа есть у трети населения

Симптомы

Недостаточный синтез цитохромов, железосодержащих белков и нарушение доставки кислорода к тканям (при снижении содержания гемоглобина) вызывает ряд специфических и неспецифических симптомов:

· ухудшение вниманияи памяти у детей и взрослых,

· иногда детская гиперактивность,

· уплощение, волнистость и ломкость ногтей, появление исчерченности, белых пятен и полосок на ногтях,

· выпадающий и секущийся волос,

· поражение эпителия, проявляющееся в сухости и трещинах кожи рук и ног,

· неинфекционный ларингофаринготрахеит(гиперемия, покраснение и охриплость), что дезориентирует врача,

· мышечная слабость:

– общая утомляемость,
– недостаточное сокращение сфинктеров мочевого пузыря, при этом характерным признаком является выделение нескольких капель мочи при резком кашле, смехе, чихании,
– недостаточное сокращение сфинктеров пищевода, что позволяет забрасываться соляной кислоте в пищевод и вызывать изжогу.

· атрофический гастрит– может быть как причиной, так и следствием железодефицита, половина больных гастритом имеет недостаток железа,

· обострение ишемической болезни сердца и других сердечно-сосудистых заболеваний, так как усиливает гипоэнергетическое состояние клеток (снижение содержания цитохромов в миокардиоцитах),

· извращение обонятельных предпочтений – нравится запах краски, бензина, выхлопных газов, резины, мочи,

· извращение вкусовыхпредпочтений – больные едят мел, штукатурку, уголь, песок, мясной фарш, лед.

Железо в организме находится в составе:

· примерно 25% всего железа в запасной форме (в комплексе с белком ферритином) в селезенке, костном мозге, печени,

· в составе гемоглобина – около 2/3 всего количества,

· в миоглобине и других внутриклеточных гемопротеинах (каталаза, цитохромы и др.),

· только 0,1% железа находится в плазме крови.

К железосодержащим белкам относятся:

1. Гемопротеины– гемоглобин, миоглобин, цитохромы, цитохромоксидаза, гомогентизатоксидаза, пероксидаза, миелопероксидаза, каталаза, тиреопероксидаза.

3. Железосвязывающие белки – трансферрин, ферритин, гемосидерин, мобилферрин, лактоферрин и др.

Суточная потребность

С пищей в сутки должно поступать для мужчин 10 мг, для женщин детородного возраста в связи с регулярной кровопотерей – 20 мг, у женщин при беременности – 40-50 мг и при лактации – 30-40 мг.

У микроба ферроплазмы почти все белки содержат железо

Минерал пирит (FeS2), по мнению некоторых биологов, мог сыграть важную роль в возникновении жизни благодаря своим каталитическим свойствам (фото с сайта www.hpwt.de)

Железо входит в состав 86% белков микроба Ferroplasma acidiphilum, обитателя пиритовых месторождений. Удаление атомов железа из белковых молекул приводит к нарушению их структуры и потере функциональности. Возможно, у древнейших живых организмов, развивавшихся, согласно одной из теорий, в микрополостях кристаллов пирита, все белки изначально держались на «железных заклепках», как у ферроплазмы. Позже, по мере освоения новых местообитаний, эти древние белки заменялись другими, не содержащими железа.

Известно, что в состав многих белков входят ионы различных металлов (железа, меди, кобальта, магния, цинка, молибдена, кальция, марганца и др.). Такие белки называют металлопротеинами. Они выполняют разнообразные функции, в том числе каталитические (так называемые металлоферменты) и транспортные (например, гемоглобин). У всех изученных в этом отношении организмов металлопротеины составляют лишь небольшую часть от общего разнообразия белков. Неожиданное открытие, сделанное германскими, испанскими и британскими микробиологами, показало, что на заре жизни ситуация, возможно, была обратной.

Шесть лет назад в биореакторе опытного металлургического завода в Туле был обнаружен удивительный микроб, относящийся к надцарству архей (Archaea) и получивший название Ferroplasma acidiphilum. В отличие от большинства других архей и бактерий, ферроплазма лишена жесткой клеточной стенки и размножается почкованием.

Ферроплазма в процессе почкования (почки показаны стрелками). Масштаб: 500 нанометров. Фото из статьи с первоописанием микроба (O.V.Golyshina et al., 2000)

Ферроплазма живет в очень кислых (pH 1,3–2,2, оптимально 1,7) водах, насыщенных растворенным железом и другими металлами. В природе такие условия встречаются в окрестностях месторождений сульфидных руд (например, пирита). Ферроплазма — облигатный автотроф, то есть сама производит органику из углекислого газа (подобно растениям), а питаться готовыми органическими веществами не может. В отличие от растений, источником энергии для фиксации СО2 ферроплазме служит не солнечный свет, а химическая реакция окисления двухвалентного железа (Fe2+ → Fe3+).

В ходе дальнейших исследований у ферроплазмы обнаружилось еще несколько необычных особенностей. В частности, в 2005 году было установлено, что один из ее ферментов (альфа-глюкозидаза) является железосодержащим металлоферментом, в то время как у всех остальных организмов ферменты этого класса (гликозид-гидролазы) никакого железа не содержат. Это побудило команду микробиологов — первооткрывателей ферроплазмы проверить и другие белки странного микроорганизма на предмет содержания в них железа и других металлов.

Результат оказался более чем удивительным. При помощи сложных химических методов из микробов выделили все белки и разделили их на фракции по молекулярной массе и электрическому заряду (получилось около 400 достаточно хорошо обособленных фракций, соответствующих индивидуальным белкам); затем при помощи еще более сложных методов проводилось индивидуальное «опознание» каждого белка. Из 189 белков, которые удалось идентифицировать, лишь 26 не содержали железа. Остальные 163 (86%) оказались железосодержащими металлопротеинами. Самое удивительное, что аналоги большинства из этих белков, встречающиеся у других организмов, не содержат железа (в том числе многие белки, участвующие в манипуляциях с нуклеиновыми кислотами: ДНК-лигазы, транспозазы, эндонуклеазы, интегразы и др.).

Железо в белках ферроплазмы не является какой-то необязательной или второстепенной примесью. Исследователи показали, что аккуратное удаление железа из этих белков приводит к сильному изменению их вторичной структуры (денатурации) и потере функциональной активности. Похоже на то, что почти все белки ферроплазмы, по образному выражению авторов статьи, держатся на «железных заклепках» («iron rivet»).

Естественно, сразу возник вопрос о причинах такого обилия железосодержащих металлопротеинов у ферроплазмы. Возможно, это общее свойство всей группы микроорганизмов, к которой относится ферроплазма? Или, может быть, оно характерно именно для микробов, обитающих в кислых, насыщенных растворенным железом водах? Для ответа на этот вопрос исследователи выделили теми же методами металлосодержащие белки из ближайшего родственника ферроплазмы — архебактерии Picrophilus torridus, а также из неродственного, но обитающего в таких же условиях микроорганизма — бактерии Acidithiobacillus ferrooxidans. Из этих микробов удалось выделить лишь 29 и 28 металлопротеинов соответственно, из которых только половина содержала железо. Самое главное, что все железосодержащие металлопротеины этих двух микробов оказались обычными, широко распространенными металлопротеинами, которые и у многих других организмов тоже содержат железо.

В заключительной части статьи авторы высказывают весьма смелую гипотезу — настолько смелую, что даже удивительно читать такое в журнале Nature. Они предполагают, что ситуация, наблюдаемая у ферроплазмы, является случайно сохранившимся отголоском древнейших этапов развития жизни. Согласно одной из популярных теорий, жизнь могла зародиться в микрополостях кристаллов пирита, в условиях, очень близких к тем, в которых ныне обитает ферроплазма. Главным отличием таких биотопов является очень кислая среда и изобилие растворенного железа, которое в других, менее экзотических местообитаниях, обычно в большом дефиците.

Древнейшие формы жизни поначалу активно использовали для осуществления необходимых химических реакций простые неорганические катализаторы, в первую очередь соединения железа и серы. Постепенно эти катализаторы замещались более эффективными органическими, то есть белками, и вполне естественно предположить, что первые белки включали в себя атомы железа как неотъемлемые структурные и функциональные компоненты. В дальнейшем, когда живые организмы стали осваивать другие биотопы, они сразу же столкнулись с резким дефицитом доступного железа, и отбор стал способствовать замене старых железосодержащих белков другими, не нуждающимися в железе для выполнения своих функций. В конце концов железо сохранилось только в тех белках, которые без него совсем уж никак обойтись не могут.

Согласно версии авторов статьи, обилие железосодержащих металлопротеинов у ферроплазмы объясняется тем, что предки этого микроба никогда не покидали кислых, богатых железом вод, и вся их эволюция протекала в условиях железного изобилия. Другие микроорганизмы, обитающие сегодня в похожих условиях, вероятно, попали туда вторично, и на каких-то этапах своей эволюции они сталкивались с дефицитом железа. Те немногочисленные белки ферроплазмы, в которых железа все-таки нет, возможно, достались ей от этих новых соседей в результате горизонтального (межвидового) обмена генами, что у прокариот — обычное дело.

Впрочем, есть одно обстоятельство, заставляющее усомниться в столь глубокой древности ферроплазмы и ее металлопротеинов. Дело в том, что этот микроорганизм является аэробным, для окисления железа ему необходим кислород, тогда как древнейшие этапы эволюции жизни, согласно общепринятым представлениям, протекали в бескислородных условиях.

Железо — незаменимый микроэлемент почти для каждого живого организма. Так как железо легко принимает или отдает электроны, то свободное железо обладает высокой реакционной способностью и токсично. В биологических организмах его химическая активность ограничивается и направляется путем его ассоциации с простетическими группами и белками. Белки могут содержать железо как простетическую группу, виде железо-серных кластеров, гема, комплексов с остатками аминокислот в белках, в том числе с гистидином, глутаматом, аспартататом и тирозином .Железо в организме.

Железосодержащие белки, значание. Железо в организме

  • переносят или хранят кислорода (например, гемоглобин или миоглобин),
  • являются ферментами,
  • компонентами сигнальных путей,
  • компонентами обмена ксенобиотиков — цитохром Р450
  • антимикробных окислительно-восстановительных систем (например, цитохромы, рибонуклеотидредуктазы, синтаза оксида азота, NADPH оксидаза, миелопероксидаза);
  • осуществляют транспорт или хранение железа (например, трансферрин , лактоферрин , ферритина ) .
  • энергетический метаболизм,
  • пластический метаболизм, включая синтез нуклеотидов,
  • иммунная защита.

Железо в организме. Хотя железо является одним из самых распространенных элементов в земной коре, дефицит железа — распространенное состояние для большинства организмов, живущих в условиях богатой кислородом Земли. Этот парадокс связывают к низкой растворимостью природных окисленных форм железа. Железо растительных продуктов у человека всасывается неэффективно, так как находится в форме нерастворимых комплексов, что находит свое отражение в высокой распространенности дефицита железа в популяциях людей, которые потребляют преимущественно вегетарианскую пищу. Гем железа из мяса, птицы и рыбы эффективно всасывается в кишечнике, но доступность мясных продуктов для человека в эволюции стала недавно и остается социально и географически ограниченной. Так как люди и другие млекопитающие эволюционировали в среде, где дефицит железа был обычным явлением, то для эффективного сохранения и внутренней рециркуляции железа сформировались тонко регулируемые механизмы. В современном благоустроенном мире при избытке железа в пище большинство людей способны ограничить его всасывание и избегать токсичности чрезмерного накопления железа.

Железо в организмеп. Средний взрослый человек содержит ~3-4 г железа, большинство из которого находится в гемоглобине эритроцитов (~2-3 г железа). Другие богатые железом ткани включают печень и селезенку, основные органы резерва железа. В этих органах железо хранится в макрофагах (фагоцитрующие клетки иммунной системы) и гепатоцитах (клетки печени), связанным со специфическим белком хранения железа, ферритином. Мышцы содержит железо в основном в миоглобине — белок накопления кислорода. Все клетки содержат железосодержащие белки, необходимые для производства энергии (АТФ), процессов синтеза нуклеиновых кислот, белков, жиров и углеводов и других важных функций.

Железо в организме. Железо распределяется по тканям через плазму крови, которая содержит только 2-4 мг железа, связанного со специфическим белком переносчиком с трансферрином. За сутки трансферрин перемещает ~20-25 мг железа. Из всех клеток организма самую высокую концентрацию железа, ~ 1 мг / мл гематокрита — имеют эритроциты. Наибольшее количество железа плазмы — это железо состарившихся эритроцитов, которые поглощаются из кровотока макрофагами в селезенке и других органах и разрушаются ими. Так как продолжительность жизни эритроцитов человека является ~120 дней, то ~ 0,8 % (или ~15-25 мг ) железа всех эритроцитов должны быть переработаны каждый день. В свою очередь, из плазмы железо извлекается в основном для синтеза гемоглобина в предшественниках эритроцитов. Этот процесс регулируется эритропоэтином, уровень которого определяется степенью насыщенности тканей кислородом — оксигенацией. Несмотря на быстрый оборот и изменения в использовании железа, концентрация железа в плазме в целом стабильна, что свидетельствует о том, что освобождение утилизированного макрофагами железа в плазму регулируется.

Потери железа организмом составляют только 1-2 мг / день иобеспечиваются в основном через слущивание поверхностного эпителия кожи и слизистых. В норме эти потери уравновешиваются всасыванием железа из пищи в верхнем отделе двенадцатиперстной кишки. Запасы железа у большинства людей, потребляющих железо-адекватную пищу, устойчивы. Стабильный уровень железа в организме обеспечивается регуляторными механизмами.

Ткани. После рождения в гомеостазе железа у человека принимают участие три ключевых типа клеток:

  • энтероциты двенадцатиперстной кишки, которые всасывают железо пищи,
  • макрофаги селезенки и печени, которые перерабатывают железо старых эритроцитов и других клеток,
  • гепатоциты, которые хранят железо и могут отдавать его при необходимости.

Железо в организме. Во время внутриутробного развития плацентарный синцитиотрофобласт переносит железа от матери к плоду. Выход железа из энтероцитов, макрофагов, гепатоцитов и синцитиотрофобласта в плазму регулирует гормон гепсидин, который псинтезируют гепатоциты (в том числе гепатоциты плода). Железо, не поступившее в плазму сохраняется в макрофагах, гепатоцитах и, возможно, в плаценте как запас. Железо, сохраняемое в энтероцитах быстро теряется из организма, потому что у человека эти клетки обновляются каждые 2-5 дней. Железо сброшенных энтероцитов попадают в фекалии. Таким образом, разделение железа между энтероцитами слизистой оболочки двенадцатиперстной и плазмы эффективно определяет содержание железа в организме.

Железо в организме. Преобладающими формами железа в рационе человека являются гем, ферритин и трехвалентное железо в комплексе с другими макромолекулами. Кислая среда желудка и воздействие пищеварительных ферментов вызывает частичное высвобождение этих форм железа из перивариваемой пищи. Гем и не гемовое железо, видимому, поглощается отдельными механизмами, не исключено, что существует путь поглощения ферритина. О транспорте и метаболизме в энтероците гема и ферритина известно мало, перенос неорганического железа изучен детально.

Гемовое и негемовое железо в организме переносится через мембрану апикальной части энтероцитов, частичо запасается в виде ферритина, часть его выделяется в виде ферри иона через базолатеральную часть энтероцитов.

Аналогичная последовательность реакций имеет место в лизосомах макрофагов, когда они фагоцитируют стареющие эритроциты. В составе фаголизосом эритроциты и гемоглобин перевариваются, выделившийся гем окисляется гемоксигеназой-1 (HO-1), освобождая железо, которое либо сохраняется в цитоплазме в составе ферритина, либо экспортируется в плазму. Как в энтероцитах, так и макрофагах присутствуют два набора транспортеров и цитоплазматический белок хранения железа ферритина. Один набор транспортеров обеспечивает поглощения железа и поступление его в цитоплазму, а второй набор транспортеров передает железо из цитоплазмы в плазму крови.

Импорт железа . Железо в организме.

В апикальной части энтероцитов поглощение неорганического двухвалентного железа из просвета кишечника осуществляет транспортер двух валетных металлов DMT1. DMT1- это белок, проникающий через мембрану клеток (интегральный), экспрессируется на границе щеточной каемки двенадцатиперстной, вместе с трансферрином в эндосомах предшественников эритроцитов и других типах клеток, где DMT1 выполняет чрезвычайно важную роль транспорта железа, поставляемого трансферрином, в цитоплазму. DMT1 присутствует и в мембране макрофагов.

Эффективный транспорт железа по DMT1 зависит от концентрации двухвалентного железа и концентрации протонов на конттранспорт. Для транспорта железа через DMT1 необходимо восстановление трех валентного железа пищи в двух валентное железо. Эта реакция катализируется цитохромом B на поверхности энтероцитов двенадцатиперстной. Аскорбиновая кислота повышает активность редуктазы Dcytb, вероятно, выступая в качестве предпочтительного внутриклеточного донора электронов.

Импорт гема. Железо в организме

В настоящее время известны два возможных переносчика гема в цитоплазму. Первый — белок-носитель гема 1 (HCP1), второй — транспортер гема млекопитающих. Транспортер гема млекопитающих локализуется в фаголизосомах макрофагов, предполагают, что он участвуют в транспорте гема, извлеченного из стареющих эритроцитов, извлечении железа гема.

Ферритин и цитоплазматическое хранение Железо в организме.

Ферритин представляет собой сферический гетерополимерный белок, состоящий из 24 субъединиц тяжелого (Н) или легкого (L) типа. Относится к системному гомеостазу железа, цитоплазматический ферритин может хранить большое количество железа. H-субъединицы ферритина функционируют как феррооксидаза, окисляющая цитоплазматическое Fe2+ до Fe3+ — формы хранения.

Двухвалентного железа доставляется ферритина в цитоплазматических шаперонов, главным образом, поли (RC) связывающий белок 1 (PCBP1) (223). Выход железа из ферритина может происходить через закрытых порах или аутофагии и деградации лизосом ферритина (129, 240). Как железа переходит из ферритина до железа экспортеров не известно.

Растворимая, относительно бедная железом форма ферритина, находится в плазме крови. Эта форма — полимер из 24-субъединиц, представленными в основном L-ферритином, источником ферритина плазмы являются главным образом макрофаги. Концентрация ферритина в сыворотке в целом коррелируют с запасами железа, но не при всех физиологических и патологических состояниях. При патологических состояниях макрофаги могут содержать гораздо меньше или больше железа, чем запасы его в паренхиме ткани, или ситуации, в которых синтез ферритина обусловлен воспалением — ферритин — белок острой фазы.

Экспорт железа Железо в организме

Единственным известным млекопитающих железо экспортером железа у млекопитающих является белок ферропортин. Ферропортин содержится в мембранах клеток, участвующих в передаче железа в плазму — базолатеральные мембраны энтероцитов двенадцатиперстной , мембраны макрофагов, синусоидальные поверхности гепатоцитов, а базальная поверхность синцитиобласта плаценты. Ферропортин транспортирует из клетки Fe2+, а также Zn2+, но не двухвалентные Mn, Cu, или Cd; механизмы переноса не известны.

Экспорт железа из клеток зависит от состава семьи медьсодержащих феррооксидаз, в том числе церулоплазмина, гефестина и, возможно, циклопена, которые используют молекулярный кислород для окисления ферро в ферри, Церулоплазмин — содержащий медь белок экспрессируется в печени и сетчатке. В плазме содержится растворимая форма церулоплазмина. Гефестин и циклопен — трансмембранные белки, которые экспрессируется соответственно в энтероцитах и плаценте. Дефицит церулоплазмина препятствует как всасыванию железа в кишечнике, так и высвобождению железа из макрофагов и вызывает накопление железа в мозге и в гепатоцитах.

Экспортер гема

Митохондрии имеют решающее значение для метаболизма железа, будучи уникальной площадкой для синтеза гема и основным местомбиосинтеза железо-серных кластеров () . Точная регуляция транспорта железа в митохондрии имеет важное значение для биосинтеза, образования гемоглобина и сборки белка фелезо-серных кластеров в процессе синтеза эритроцитов.

Предполагается, что железо транспортируется в митохондрии с помощью митоферрина.

Идентифицированы три молекулы как возможные транспортеры гема из митохондрий, где осуществляется его синтез:

  • белок резистентности к раку молочной железы
  • ABC-митохондриальный эритроидный транспортер
  • рецептор подгруппы С кошачьего вируса (FLVCR)

Внеклеточный транспорт железа

При нормальных обстоятельствах, трехвалентное железо экспортируется из клеток ферропортином и связывается с трансферрином -траспортером железа в плазме. Трасферрин может переносить до двух ионов трехвалентного железа, и доставить их в целевую ткань для поглощения с помощью рецептора трансферрина-1 (TfR1).

В дополнение к трасферрину, плазменные белки гемопексин и гаптоглобин связывают свободные гем и гемоглобин, соответственно, ограничивая их токсическое действие и способствуя утилизации в железо. Гемопексин и гаптоглобин играют важную гомеостатическую роль во время гемолитической стресса и заболеваний.

Гормональный контроль гомеостаза железа осуществляет гепсидин — гормон, синтезируемый печенью.

Гемоглобин и железосодержащие ферменты, химическая сущность их действия

Железо входит в ферменты в виде комплекса, называемого гемом. В частности, этот комплекс присутствует в гемоглобине — важнейшем белке, обеспечивающем транспорт кислорода с кровью ко всем органам человека и животных. И именно он окрашивает кровь в красный цвет.

Главная функция гемоглобина состоит в транспорте дыхательных газов. В капиллярах лёгких в условиях избытка кислорода последний соединяется с гемоглобином.

дезокси- оксигемоглобин

гемоглобин

Током крови эритроциты, содержащие молекулы гемоглобина со связанным кислородом, доставляются к органам и тканям, где кислорода мало, здесь необходимый для протекания окислительных процессов кислород освобождается из связи с гемоглобином. Кроме того, гемоглобин способен связывать в тканях небольшое количество диоксида углерода (CO2) и освобождать его в лёгких. Монооксид углерода (CO) связывается с гемоглобином крови прочнее, чем кислород, образуя карбоксигемоглобин (HbCO).

карбоксигемоглобин

Некоторые процессы приводят к окислению иона железа в геме до степени окисления +3. В результате образуется форма гемоглобина, известная как метгемоглобин (HbOH). В обоих случаях блокируются процессы транспортировки кислорода. Впрочем, монооксид углерода может быть частично вытеснен из гема при повышении парциального давления кислорода в легких.

Комплексы железа, отличные от гема, встречаются, например, в ферменте метан-моноксигеназе, окисляющем метан в метанол, в важном ферменте рибонуклеотид-редуктазе, который участвует в синтезе ДНК.

Неорганические соединения железа встречаются в некоторых бактериях, иногда используется ими для связывания азота воздуха.

Дата добавления: 2015-06-15; просмотров: 3617. Нарушение авторских прав

Рекомендуемые страницы: