Обмен железа — копия

Обмен железа.

В организме взрослого человека, содержится 3 – 5 гр железа, из которых около 3,5 мг находится в плазме крови.

На железо, входящее в состав циркулирующих эритроцитов и эритрокариоцитов костного мозга приходится 65%

-тканевое железо (ферменты и миоглобин) 15%

-железо запасов (связанных с ферритином и гемосидерином) 20%

-транспортное железо (связанное с трансферрином) 0,1 – 0,2%

Источники железа при биосинтезе железосодержащих белков служит:

1.Железо пищи

2.Железо, освобождающееся при постоянном распаде эритроцитов.

Физиологическая потребность

Ежесуточно с пищей поступает 15 мг железа, а всасывается 1 – 1,5 мг. Ежедневно теряется 1 – 2 мг за счет экскреции железа с мочой, потом, желчью и другими секретами, со слущивающимся эпидермисом, ногтями, выпадающими волосами и др.

Увзрослых мужчин потребность в железе незначительна т.к. железо почти не выводится (только с желчью).

Уженщин потребность на 30-90% больше, чем у мужчин. До менопаузы 50% железа у женщин расходуется на компенсацию потерь при менструации.

При беременности потребность в железе на 60% .

Повышенная потребность железа происходит в период полового созревания.

Всасывание железа в ЖКТ.

Поступающее с пищей железо находится в основном в трехвалентном состоянии Fe3+ (в окисленном состоянии) и входит в состав белков или солей органических кислот.

Около 30% продуктов питания содержат железо в составе гемоглобина и миоглобина, которое имеет не разрушенный в процессе протеолиза гем.

В связи с чем выделяет геминовое железо (в составе гема – Fe2+) и негеминовое железо (в составе солей органических кислот Fe3+ и Fe2+).

В желудке свбождению железа из слей органических кислот (негеминовое железо – Fe3+ и Fe2+) и освобождению гема (геминовое железо – Fe2+) из белков способствует кислая среда желудочного сока (за счет HCl).

Большая часть гемового железа всасывается в желудке в составе порфиринового макроцикла.

Освобожденное их солей органических кислот негеминовое Fe3+ в кислой среде желудка образует комплексные соединения Fe3+ с муцинами (муцины или мукопротеины – семейство высокомолекулярных гликопротеинов, содержащих кислые полисахариды, входят в состав всех слизистых желез). Комплекс Fe3+ муцин делает железо доступным для поглощеия в щелочной среде двенадцатиперстной кишки.

В 12 перстной кишке всасывается наибольшее количество железа. Часть железа также всасывается в тонком кишечнике.

Поглощение железа клетками ЖКТ.

Происходит п трем основным путям:

1путь – поступление гемового железа (Fe2+)

2путь – поступление негемового Fe3+

3путь - поступление негемового Fe2+

1 путь Поступление гемового Fe2+

Неразрушенный в процессе протеолиза гем с помощью транспортера (транспортного белка – HCP-1) попадает через апикальную мембрану из просвета кишечника в энтероцит. Гем разрушается внутри энтероцита Е-гемовой оксигеназой с последующим выделением Fe3+. Образовавшееся свободное гемовое Fe3+ восстанавливается в энтероците Е – ферриредуктазой в Fe2+. Так поступает 30% железа пищи.

2 путь Поступление негемового Fe3+

Происходит при помощи мобилферритин – интегринового комплекса – транспортера негеминового Fe3+.

В этот комплекс входят белки интегрины, мобилферрин, Е- флавинмонооксидаза (Cu2+ зав), связанные с НАДФН2. Т.о. одновременно этот комплекс служит Cu2+ - зав. – ферриредуктазой и восстанавливает Fe3+ в Fe2+ при участии аскорбиновой кислоты.

При реализации работы комплекса, поверхностный мембранный белок интегрин связывает Fe3+. С интегрином связан внутренний мембранный белок мобилферрин. Этот комплекс, связанный с Fe3+ путем эндоцитоза попадает в энтероцит и одновременно

восстанавливает Fe3+ в Fe2+. Т.е в результате работы комплекса в энтероцит поступает Fe2+.

Этим путем также поглощаются растворимые хелаты железа, например, цитрат железа.

3 путь Поступление негемового Fe2+

Происходит при помощи транспортного белка DMT-1 (эндоцитоз). Таким же путем 2-х валентно-ион зависимые белки транспортируют ионы двухвалентных металлов в энтероцит. При этом должно быть соблюдено соотношение железа ( Fe2+ и Fe3+) и других 2-х валентных металлов (прежде всего Ca2+ и Zn2+), которые конкурируют с железом ( Fe2+ и Fe3+) за эндоцитоз-зависимые рецепторы.

Второй и третий транспортые пути железа в энтероцит функционируют параллельно. По 2 и 3 транспортным путям поступает 70% железа пищи.

Т.о в результате работы всех 3-х транспортных систем в энтероците формируется пул Fe2+ (пул - это объединение, или совокупность каких-либо разных потоков).

25% Fe2+ связывается с внутриклеточными белками энтероцита апоферритином который, меняет степень окисления в Fe3+ и образуя комплекс ферритин Fe3+. Этот комплекс хранится в энтероците как запасная форма железа и при необходимости распадается на апоферритин и Fe3+ .

Комплекс ферритин Fe3+ содержится почти во всех тканях, как запасная форма железа в организме. Особенно его много в печени, селезенке и коснм мозге. Оставшиеся 75% Fe2+ с помощью белка – базолатерального транспортера ферропортина, переносятся из энтероцита в кровь.

Ферропортин-единственный эскпортер железа, обеспечивающий выход железа из клетки (энтероцит,макрофаг,гепатоцит). !Ферропортин требует присутствие гефестина.

Гефестин-фермент, содержащий Cu2, который переводит Fe2+ в Fe3+, перед его загрузкой на трансферрин. Гефестин встроен в базолатеральную мембрану клетки и находится рядом с

ТрансферринFe3+ по крови транспортирует железо к клеткам тканей. Большая часть железа транспортируется в костный мозг-к местам синтеза гемоглобина. Из костного мозга железо в составе эритроцитов поступает в кровоток, где циркулирует в течение 3-4 месяцев (время жизни нормальных эритроцитов). Меньшая часть железа попадает к другим клеткам потребителям: печени, мышцам, головному мозгу и др. В дальнейшем макрофаги селезенки и печени захватывают и разрушают состарившиеся и поврежденные эритроциты, осуществляют деградацию гемоглобина и освобождение железа. Соединение железа (Fe3+) с трансферрином возможно при наличии ферропортина, который обеспечивает выход железа (Fe2+) из макрофага в плазму и церулоплазмина (белок плазмы крови, синтезируемый в печени, крови, синтезируемый в печени, который содержит Cu2+), который окисляет Fe2+ и Fe3+. Далее железо(Fe3+) вновь поступает в плазму в составе трансферрина и транспортируется преимущественно в костный мозг для синтеза гемоглобина. Этот процесс получил название «рециркуляция железа».

Утилизация Fe3+ в составе трансферрина к клеткам-потребителям осуществляется с помощью специальных рецепторной мембране (трансферриновые рецепторы). Функция этих рецепторов-эндоцитоз трансферрина, насыщенного железом. Комплекс рецептортрансферринFe3+ поступает путем эндоцитоза в клетку-потребитель и там распадается на рецептор, трансфферин и Fe3+. Fe3+ используется по назначению клеткой, либо связывается с апоферритином, образуя ферритин и откладывается в депо. Рецептор возвращается на свое место, а трансферрин, путем экзоцитоза, поступает в кровоток, где вновь связывает Fe3+.

!Трансферриновый рецептор экспрессируется на клетках, требующих железо, кроме зрелых эритроцитов и других полноценно дифференцированных клеток

Fe3+

ТР

Fe3+

R

ТР

R

Fe3+

ТР

ТР

R R

Регуляция обмена Fe

Регуляция обмена железа происходит при помощи гепсидина.

Гепсидин-пептид (25 А.К.) -гормон, который синтезируется в гепатоцитах. Он подавляет клеточный экспорт железа. Гепсидин блокирует ферропортин, связываясь с ним, в результате чего ингибируется выход железа из клеток: энтероцитов, макрофагов, гепатоцитов. Гепсидин вырабатывается в ответ на повышение уровня железа в плазме.

Регуляция поступления железа в клетки.

Скорость поступления железа в ткани зависит от количества рецепторов трансферрина. Синтез апоферритина и рецепторов трансферрина регулируется на уровне транскрипции генов этих белков и зависит от содержания железа в клетке. Ускорение синтеза апоферритина и торможение синтеза рецепторов трансферритина вызывают снижение поступления Fe в клетки. При низком содержании железа активируется синтез рецепторов трансферрина и снижается образование апоферритина.

Лабораторные показатели обмена железа.

Содержание железа в сыворотке-определение сывороточного железа. Сывороточное железо-это вещество, которое не потрачено на образование гемоглобина и не отложено в виде запасов в ферритине. На основании этого показателя получают информацию о дефиците или перенасыщении железом.

Способность сыворотки транспортировать железо-определение трансферрина в сыворотке крови и процент насыщения трансферрина железом; определение общей железосвязывающей способности сыворотки-ОЖСС, низкое насыщение характерно для дефицита железа. Определение насыщенности трансферритина-ценный скрининговый тест для выявления гемохроматоза.

Депонирование и мобилизация железа из депо-определение ферритина в сыворотке, повышение при избытке Fe, может быть выше у больных с заболеванием печени, при раке. Норма свидетельствует об отсутствии перегрузки Fe.

При оценке метаболизма железа в организме обязательным являются определение концентрации гемоглобина, подсчет

количества эритроцитов, определение содержания гемоглобина в расчете на 1 эритроцит (МСН) и среднего объема эритроцита

(MVC).

Гемохроматоз

Гемосидерин-это скопление молекул ферритина (Fe3+). В физикохимическом отношении гемосидерин представляет собой соединение коллоидной гидроокиси трехвалентного железа с белками, гликопротеидами и липидами клетки. Он откладывается в цитоплазме в виде аморфных зерен золотисто-желтого или коричневого цвета.

В норме небольшие скопления гемосидерина могут обнаруживаться, когда количество железа в клетке превышает объем ферритинового депо.

Большие накопления гранул гемосидерина в печени, поджелудочной железе, селезенке-приводят к повреждению этих органов. Это называется гемохроматоз.

Накопление гемосидерина в поджелудочной железе приводит к разрушению β-клеток, и как следствие этого, к сахарному диабету.

Отложение гемосидерина в гепатоцитах вызывает цирроз печени, а в кардиомиоцитах-сердечную недостаточность.

Локальный избыток железа является следствием кровоизлияния в ткани.

Примером местного гемосидероза является-гематома (банальный синяк). Эритроциты, вышедшие за пределы сосуда, в месте повреждения фагоцитируются в течение нескольких суток макрофагами, которые расщепляют гемоглобин и восстанавливают железо. После высвобождения железа гемоглобин превращается в биливердин (пигмент зеленого цвета), а потом в билирубин(пигмент красно-желтого цвета). Параллельно с этим, высвобожденное железо превращается в ферритин, который затем образует гемосидерин. Эти преобразования обеспечивают смену цветов гематомы от красносинего до зелено-голубого и золотисто-желтого, пока она не рассосется.

Основные причины развития гемосидероза:

Повышенная адсорбция железа из пищи