Обмен железа в организме. Анемии

Занятие «Обмен железа в организме. Анемии»

План

1.Системный гомеостаз железа в организме человека: этапы обмена,

основные клетки, принимающие участие в обмене железа, суточные нормы и источники железа

2.Виды железа, поступающего с пищей и особенности его всасывыния в тонком кишечнике.

3.Метаболизм железа в энтероцитах: характеристика основных белков и ферментных систем, судьба всосавшегося железа в энтероцитах в зависимости от концентрации железа в крови

4.Особенности транспорта железа в крови и поступления его в клетки:

трансферрин, его строение, роль, характеристика рецепторов трансферрина, цикл трансферрина

5.Особенности депонирования железа в клетках

6.Контроль поступления железа в кровь из кишечника и макрофагов: роль гепсидина, факторы, влияющие на его синтез

7.Регуляция обмена железа в организме человека: система IRE/IRP и ее роль

всинтезе апоферритина и рецепторов трансферрина на уровне трансляции этих белков.

8.Общий пул железа в организме человека и его использование: роль железа

ворганизме, клеточное и внеклеточное железо, основные железосодержащие белки и их биологическая роль, выведение железа из организма.

9.Нарушения обмена железа: биохимические основы развития железодефицитной анемии и гемохроматоза

1.Системный гомеостаз железа в организме человека: этапы обмена,

основные клетки, принимающие участие в обмене железа, суточные нормы и источники железа

Железо в организме находится в составе:

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

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

o в миоглобине и других внутриклеточных гемопротеинах (каталаза,

цитохромы и др.),

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

К железосодержащим белкам относятся:

Гемопротеины – гемоглобин, миоглобин, цитохромы,

цитохромоксидаза, гомогентизатоксидаза, пероксидаза, миелопероксидаза,

каталаза, тиреопероксидаза.

Железофлавопротеины – цитохром-с-редуктаза,

сукцинатдегидрогеназа, НАДФдегидрогеназа, ацил-SКоА-дегидрогеназа,

ксантиноксидаза, пролилгидроксилаза и др.

Железосвязывающие белки – трансферрин, ферритин, гемосидерин,

мобил-феррин, 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.

ПИЩЕВЫЕ ИСТОЧНИКИ

Рис. Метаболизм железа в организме

Этапы обмена железа в организме

Процесс усвоения железа состоит из ряда последовательных этапов:

1)начальный захват железа щеточной каймой клеток слизистой оболочки кишечника.

2)внутриклеточный транспорт, образование запасов железа в клетке.

3)освобождение железа из слизистой оболочки кишечника в кровь.

В экспериментальных исследованиях выяснилось, что клетки эпителия слизистой оболочки кишечника чрезвычайно быстро забирают железо из его полости. А ультразвуковые исследования показали, что первый этап обеспечивает достаточную концентрацию железа на поверхности слизистой оболочки клеток для последующего его усвоения организмом. При этом железо концентрируется щёточной кайме, превращения происходят на мембране микроворсинок.

Второй этап - это поступление железа в богатую рибосомами цитоплазму и межклеточное пространство. И, наконец, третий этап - перенос железа в кровеносные сосуды.

Комплекс трансферрин-железо, образовавшийся в результате захвата железа из клетки слизистой оболочкой кишечника, поступает главным образом в костный мозг, небольшая его часть - в запасный фонд,

преимущественно в печень, и ещё меньшее количество железа забирается тканями для образования миоглобина, некоторых ферментов тканевого дыхания и нестойких комплексов железа с аминокислотами и белками.

Костный мозг, печень и тонкий кишечник являются тремя основными органами обмена железа. Клетки костного мозга, так же как и клетки эпителия слизистой оболочки кишечника, имеют повышенную способность захватывать железо из насыщенного трансферрина. Таким образом ненасыщенный трансферрин лучше связывает, а насыщенный - лучше отдаёт железо.

Основным источником плазменного железа являются его поступления из внутренних органов, таких как печень, селезёнка, костный мозг, где происходит разрушение гемоглобина эритроцитов. Небольшое количество железа поступает в плазму из запасного фонда и при взятии его из пищи в желудочно-кишечном тракте. Преобладающим циклом в обмене железа в организме человека является образование и разрушение гемоглобина эритроцитов, что составляет 25 мг железа в сутки. Фермент сыворотки крови,

вероятно, осуществляет транспортировку железа к клеткам печени, однако его роль в общем обмене железа в организме человека представляется минимальной.

Обмен железа между транспортным и тканевым его фондами изучен недостаточно, так как пути и движения железа из тканей в плазму крови и наоборот изучены мало. Расчётные данные, однако, свидетельствуют о том,

что величина плазменно-тканевого обмена железа составляет приблизительно

6 мг в сутки.

2.Виды железа, поступающего с пищей и особенности его всасывыния в тонком кишечнике

ВСАСЫВАНИЕ При попадании в желудок под действием HCl

желудочного сока железо высвобождается из белков пищи.

Всасывание происходит в проксимальном отделе тонкого кишечника в количестве около 1,0-2,0 мг/день (10-15% пищевого железа). При этом железо должно быть в виде двухвалентного иона, в то же время с пищей поступает преимущественно трехвалентное железо. Только железо мясных продуктов находится в гемовой форме (Fe2+), и поэтому хорошо всасывается.

Железо мясных продуктов усваивается на 20-30%, из яиц и рыбы – на

10-15%, из растительных продуктов – на 1-5%.

Существуют три способа перемещения железа из просвета

кишечника в энтероциты:

1.Негемовое железо (III) захватывается интегрином, восстанавливается до Fe (II) параферритином, и при помощи мобилферрина перемещается в клетке, активность и роль этого пути низкая.

2.Негемовое железо (III) восстанавливается до Fe (II) при помощи аскорбиновой кислоты, соляной кислоты или при участии ферроредуктазы

(DcytB, дуоденальный цитохром B) и далее переносится внутрь белком DMT-

1(divalent metal ion transporter-1).

3.Гемовое железо связывается с белком НСР1 (heme carrier protein 1), в

цитозоле высвобождается из гема при действии гемоксигеназы и далее переносится по клетке.

Рис. Регуляция всасывания железа в кишечнике

3.Метаболизм железа в энтероцитах: характеристика основных белков и ферментных систем, судьба всосавшегося железа в энтероцитах в зависимости от концентрации железа в крови

МЕТАБОЛИЗМ ЖЕЛЕЗА

Рис. Поступление экзогенного железа в ткани

В полости кишечника железо освобождается из белков и солей органических кислот пищи. Усвоению железа способствует аскорбиновая кислота, восстанавливающая железо. В клетках слизистой оболочки кишечника избыток поступившего железа соединяется с белком апоферритином с образованием ферритина, при этом ферритин окисляет Fe2+

в Fe3+. Поступление железа из клеток слизистой оболочки кишечника в кровь сопровождается окислением железа ферментом сыворотки крови феррооксидазой. В крови Fe3+ транспортирует белок сыворотки крови трансферрин. В тканях Fe2+ используется для синтеза железосодержащих белков или депонируется в ферритине.

внутриклеточного железа, которое может

o остаться в клетке в составе ферритина (Fe3+),

o выходить из клетки при помощи ферропортина, окисляться феррооксидазой (гефестином) и связываться с трансферрином (Fe3+).

Рис. Метаболизм железа в организме

4.Особенности транспорта железа в крови и поступления его в клетки:

трансферрин, его строение, роль, характеристика рецепторов трансферрина, цикл трансферрина

ТРАНСПОРТ ЖЕЛЕЗА

После всасывания железо либо откладывается в клетках кишечника в составе ферритина, либо попадает в кровоток и в комплексе с

трансферрином переносится в клетки печени, костного мозга или других тканей. Нагруженный железом трансферрин (холотрансферрин)

взаимодействует со своим специфическим мембранным рецептором.

Трансферриновый рецептор на низком уровне экспрессируется во всех типах клеток, на высоком уровне – в активно делящихся клетках.

После образования тройного комплекса (железо, апотрансферрин,

рецептор) он перемещается в цитоплазму эндоцитозом и оказывается внутри эндосом. На мембране эндосомы присутствует H+-АТФаза, создающая кислый рН внутри нее. В результате железо диссоциирует из комплекса и составляет свободный пул. Далее оно может доставляться мобилферрином к месту использования, например, встраиваться в порфириновое кольцо гема,

включаться в железопротеины или депонироваться с ферритином.

Эндосома, содержащая апотрансферрин-рецепторный комплекс,

возвращается обратно к плазматической мембране. При нейтральных рН апотрансферрин имеет низкое сродство к своему рецептору и высвобождается в кровоток, что позволяет другой молекуле холотрансферрина связаться с рецептором.

Вне связи с белками железо очень токсично, так как запускает свободно-

радикальные реакции с образованием активных форм кислорода.