Поиск
Озвучить текст Озвучить книгу
Изменить режим чтения
Изменить размер шрифта
Оглавление
Для озвучивания и цитирования книги перейдите в режим постраничного просмотра.

Глава 4. Железо

Общая характеристика. Биологическая роль в организме человека

Железо — один из наиболее изученных микроэлементов, играющий ключевую роль в метаболизме почти всех живых организмов. У человека железо является важным компонентом сотен белков и ферментов [1, 2].

Транспортировка и хранение кислорода. Гем является железосодержащим соединением, которое находится в целом ряде биологически важных молекул. Гемоглобин и миоглобин, участвующие в транспортировке и хранении кислорода, являются гемсодержащими белками. Гемоглобин является основным белком, содержащимся в эритроцитах, что составляет около 2/3 железа в организме. Жизненно важная роль гемоглобина состоит в транспорте кислорода из легких к остальным частям тела, которая связана с уникальной способностью стремительно, за то короткое время, которое он находится в контакте с легкими, забирать кислород и выделять его по мере необходимости при циркуляции в тканях. Функция миоглобина заключается в способности к транспортировке и краткосрочному хранению кислорода в мышечных клетках, обеспечивая его подачу к работающим мышцам [3, 4].

Транспорт и энергетический обмен. Цитохромы, являющиеся гем-содержащими соединениями, имеют решающее значение для продукции энергии клетками, поскольку играют важную роль в цепи переноса электронов в митохондриях (дыхательной цепи переноса электронов). Они служат в качестве носителей электронов в процессе синтеза АТФ, основного источника энергии в клетках. Цитохромы P450 представляют собой семейство ферментов, которые необходимы для метаболизма целого ряда биологически важных молекул, а также детоксикации и метаболизма лекарственных препаратов и загрязняющих веществ (поллютантов). При этом негемовые железосодержащие ферменты, NADH-дегидрогеназа и сукцинатдегидрогеназа, также имеют важное значение для энергетического обмена [3].

Антиоксидантная и положительная проокислительная функция. Каталазы и пероксидазы, которые защищают клетки от накопления мощного оксиданта перекиси водорода путем катализа реакции, по преобразованию перекиси водорода в воду и кислород являются гемсодержащими ферментами. В рамках иммунного ответа белые кровяные клетки поглощают бактерии и уничтожают их путем воздействия активных форм кислорода. Синтез такого окислителя, как хлорноватистая кислота, нейтрофилами катализируется гемсодержащим ферментом миелопероксидазой [3, 4].

Чувствительность к кислороду. Недостаточность кислорода (гипоксия) возникает у лиц, проживающих на больших высотах, или лиц с хроническими заболеваниями легких. Гипоксия вызывает компенсаторные физиологические реакции, включающие увеличение образования красных кровяных клеток, увеличение роста кровеносных сосудов (ангиогенез) и увеличение производства ферментов, используемых для ана-
эробного метаболизма. В условиях гипоксии транскрипционные факторы, известные как факторы, индуцируемые гипоксией (HIF), связываются с чувствительными элементами в генах, которые кодируют различные белки, участвующие в компенсаторных реакциях на гипоксию, что приводит к увеличению их синтеза. Последние исследования показывают, что такой железозависимый фермент, как пролилгидроксилаза, играет важную роль в регуляции HIF и, следовательно, физиологических реакций на гипоксию. Когда содержание кислорода в клетке является адекватным, вновь синтезированные HIF модифицируются железосодержащим ферментом пролилгидроксилазой, что приводит к их быстрой деградации. Когда уровень кислорода падает ниже критического порога, пролилгидроксилаза больше не способствует деградации HIFα, что приводит к связыванию HIFα с HIFβ и формированию активного фактора транскрипции, который проникает в ядро и связывается с генами [5, 6].

Синтез ДНК. Рибонуклеотид-редуктазы, необходимые для синтеза ДНК, являются железозависимыми ферментами [2, 7].

Таким образом, железо требуется для целого ряда жизненно важных функций, включая рост, размножение, заживление ран и функции иммунитета.

Регуляция содержания внутриклеточного железа. Железочувствительные элементы представляют собой короткие последовательности нуклео-
тидов, найденные в матричной РНК (мРНК), кодирующие ключевые белки регуляции обмена и хранения железа. Белки — регуляторы железа (IRPs) путем взаимодействия с железочувствительными нуклеотидами могут влиять на трансляцию и стабильность мРНК, тем самым регулируя синтез специфических белков (белка хранения железа, ферритина) и трансферриновых рецепторов, необходимых для поддержания гомеостаза железа внутри клетки. Было высказано предположение, что при высоких запасах железа его большее количество связывается с IRPs, тем самым предотвращая их связывание с железочувствительными нуклеотидами на мРНК, что приводит к повышению трансляции ферритиновой мРНК и способствует хранению железа. Когда запас железа снижается, его меньшее количество связывается с IRPs, что повышает связывание IRPs с железочувствительными нуклеотидными последовательностями. Таким образом, когда количество железа снижается, трансляция мРНК, кодирующая ферритин, снижается, и железо не запасается. Трансляция мРНК, которая кодирует ключевые регуляторные ферменты синтеза гема в незрелых эритроцитах, также снижается для хранения железа. В отличие от этого IRPs связываются с железозави­симыми элементами в мРНК, которые кодируют трансферриновый рецептор, что приводит к ингибированию деградации мРНК и к увеличению синтеза трансферриновых рецепторов и транспорта железа внутрь клетки [4, 8].

Системное регулирование гомеостаза железа. Железо является потенциально токсичным микронутриентом, поскольку свободное железо внутри клетки может привести к образованию свободных радикалов, что вызывает окислительный стресс и повреждение клеток. Поэтому в организме функционируют системы для регулирования гомеостаза железа. Организм человека тщательно регулирует транспорт железа в различных тканях и органах, таких как развивающиеся эритроциты, циркулирующие макрофаги, клетки печени, которые запасают железо, и других тканей [9]. Как уже упоминалось выше, внутриклеточные уровни железа регулируются в соответствии с потребностями организма. Однако при этом системные сигналы регулируют гомеостаз железа в целом. Гепсидин — пептидный гормон, синтезируемый клетками печени, является ключевым регулятором системного гомеостаза железа.

Для продолжения работы требуется Registration
На предыдущую страницу

Предыдущая страница

Следующая страница

На следующую страницу
Глава 4. Железо
На предыдущую главу Предыдущая глава
оглавление
Следующая глава На следующую главу

Table of contents

Данный блок поддерживает скрол*