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:
Железо пищи
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.
У взрослых мужчин потребность в железе незначительна т.к. железо почти не выводится (только с желчью).
У женщин 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:
1 путь – поступление гемового железа (Fe2+)
2 путь – поступление негемового Fe3+
3 путь - 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.
ε Cu2+
зав ферриредуктаза
Fe3+
Fe2+
дегидроаскорбиновая
кислота
аскорбиновая
кислота
Глутатион
G-S-S-G окисленый
Глутатион
2G-SH восстановленый
НАДФН2
НАДФ+
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 ферропортином. Т.о. включение желаза (Fe3+) в транспортный белок трансферрин возможно при наличии 2-х условий:
1. Наличие ферропортина (унипорт)
2. Присутствие гефестина (переводит Fe2+ → Fe3+).
Апикальная
мембрана
Просвет
кишечника
базальная
мембрана
энтероцит
Fe3+
трансферрин
транспортер
гема
ε
- лизосомальный
гефестин
гемовое
Fe2+
R
гемовое
Fe2+
Fe3+
Ферриредуктаза
Гефестин
Гемоксигеназа
мобилферрин-
интегриновый комплекс
Fe2+
негемовое
Fe2+
R
и
негемовое
Fe3+
Fe2+
Алиментарное
железо
негемовое
Fe2+
75%
Fe2+
негемовое
Fe2+
Fe2+
ферритин
Fe3+
25%
Fe3++
Апоферритин= ферритин
R
транспортер
двухвалентных катионов
негемовое
Fe2+
Fe2+
Аскрб.
к-та
Дуоденальный
цит B
(или Cu
– завес ферроредуктаза )
Трансферрин- Fe3+ 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 рецептор-трансферрин- Fe3+ 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
Fe3+
Апоферритин→ферритин→депо
Синтез
гемоглобина
Схема: «Метаболизм железа»
Всасывание
Fe
Депонирование
и превращение Fe
Транспорт
Fe
Печень,
костный мозг и др.органы
Плазма
крови
ЖКТ
ЖКТ
Трансферрин
Fe3+
Апоферритин
Всасывание
Fe
Ферритин
(содержится в тканях и печени)
Fe3+
в желчи
Путь потери
Выпадение
волос, слущивание эпителия, десквамация
кожи, обрезание ногтей, потеря при
менструациях и беременности
Трансферрин
Fe3+
Hb-эритроцитов
Костный мозг
Разрушение
Мышца
Трансферрин
Fe3+
Др.ткани