ŻELAZO
Pośrednia pula żelaza:
1.Chelatowe kompleksy z niskocząsteczkowymi związkami np. z cytrynianem,
askorbinianem, nukleotydami (ATP, ADP, GTP), aminokwasami, cukrami, aminofosfolipidami.
2.Rola - w metabolizmie żelaza:
- przenoszenie Fe z Tf do ferrytyny
- przenoszenie Fe do mitochondriów (synteza Hb i hemoprotein, aktywacja enzymów mitochondrialnych)
- donator Fe dla substancji chelatujących
- źródło Fe toksycznego
Enzymy zawierające żelazo:
Katalaza, Peroksydaza, Reduktaza rybonukleotydowa, Akonitaza, Dehydrogenaza bursztynianowa, Oksydaza cytochromowa, Hydroksylaza proliny
Białka czynnościowe
hemoglobina zawarta w krwinkach czerw lub ich prekursorach w szpiku kostnym – ok 2,5g
mioglobina – zawarta w mięśniach – ok 130mg
enzymy tzw „żelazo tkankowe” – ok 8mg
Białka transportujące
transferyna w surowicy (apotransferyna+Fe3+-->transferyna) – ok 4mg
Białka magazynujące
ferrytyna – obecna we wszystkich tkankach, największe ilości w wątrobie, śledzionie, szpiku i bł śluzowej jelita; ma zdolności szybkiego wiązania i uwalniania żelaza – 0,8-1,0g
hemosyderyna – agregaty częściowo zdeproteinizowanej ferrytyny; żelazo uwalnia bardzo wolno
Metabolizm i wchłanianie żelaza:
żelazo w puli wyst na +II lub +III stopniu utl, to na +III musi być zred do +II (potrzebny HCl). Żelazo na +II jest wchłaniane w górnym odcinku j.cienkiego (np dwunastnicy). Enterocyt może wiązać się z apoferrytyną. dalej do osocza łączy się z transferyną. Transportowany do ukł siateczkowo-śródbłonkowego
TRANSFERYNA
budowa: zawiera dwie domeny C- i N-terminalne , każda z tych domen zawiera miejsce wiążące atom żelaza , przy czym w domenie C- terminalnej występują dwa boczne łańcuchy węglowodanowe, które mogą zawierać tetra-, penta-, względnie heksa-sialowe rozgałęzienia
glikoproteina, zbudowana z pojedynczego łańcucha peptydowego, o masie 77 kDa, czasie półtrwania około 8 dni, syntetyzowana w wątrobie
wykazuje duże powinowactwo do Fe 3+
tylko 1/3 miejsc wiążących jest wysycona Fe 3+
pochodne transferyny wyróżnia się z uwagi na zawartość żelaza w cząsteczce transferyny w osoczu:
1. apotransferyna
2. monożelazowa transferyna z atomem żelaza w domenie N-terminalnej
3. monożelazowa transferyna z atomem żelaza w domenie C-terminalnej
4. dwużelazowa transferyna
Pobieranie żelaza przez komórki odbywa się przy udziale receptorów , które wiążą kompleks transferyna –żelazo.
Receptory transferyny – to są białka transbłonowe, składające się z dwóch monomerów glikoproteinowych, połączonych mostkami disiarczkowymi.
Receptory transferyny
• Synteza receptorów jest regulowana na poziomie mRNA
• W stanie niedoboru Fe - pojawia się białko regulacyjne o masie 90 kDa, określane IRE-BP (iron response element-binding protein), które wiąże się z odpowiednim fragmentem mRNA, zwanym IRE zlokalizowanym w 3’-końcowym, niepodlegającym translacji regionie mRNA receptora transferyny
Pobieranie Fe przy udziale receptorów:
• Każda podjednostka receptora wiąże jedną cząsteczkę transferyny,
• Internalizacja kompleksu receptor-transferyna zależy od fosforylacji receptora przez kinazę białkową C,
• Kompleks przechodzi do lizosomu, gdzie w kwaśnym środowisku oddaje Fe3+
• Kompleks bez Fe wraca na powierzchnię błony
• Uwolniona transferyna wraca do osocza, receptor pozostaje na powierzchni błony
Ekspresja receptorów transferyny
• Zależność pomiędzy ekspresją receptorów transferyny a proliferacją komórki. – wzmożona proliferacja związana jest ze zwiększoną liczbą receptorów dla transferyny.
• Ilość dostępnego żelaza reguluje ekspresję receptorów transferyny i ferrytyny. – obniżenie żelaza powoduje wzrost receptorów transferyny i obniżenie zawartości ferrytyny.
Poziom transferyny:
Podwyższenie stężenia transferyny:
- niedobór ustrojowy żelaza
- Okres ciąży
- Okres terapii estrogenowej
Obniżenie stężenia transferyny:
- przeładowanie ustroju żelazem
- niedożywienie
LAKTOFERYTYNA
Lokalizacja: płyny zewnątrzkom. ( mleko, sok trzustkowy i łzy), wydzieliny wewnątrzkom. (w leukocytach)
Budowa: należy do rodziny transferyn, ma dwa miejsca wiążące Fe
Rola:
-wiąże Fe, dostarcza je do receptora jelitowego i ułatwia jego wchłanianie
-działanie przeciwmikrobiologiczne (hamuje wzrost bakterii patogennych)
-działanie immunotropowe (promuje dojrzewanie komórek prekursorowych dla limfocytów T i B)
FERRYTYNA
Lokalizacja:
komórki układu siateczkowo-śródbłonkowego wątroby i śledziony a także szpiku
Budowa: sferyczna cząsteczka białkowa (apoferrytyna), zbudowana z 24 podjednostek polipeptydowych, we wnętrzu których znajdują się znaczne ilości żelaza (od 0 do 4500 atomów Fe3+ , średnio ok. 2000)
Typy podjednostek w ferrytynie ludzkiej
-Ciężka – H (zbudowana z 178 aminokwasów, 21kD)
-Lekka – L ( zbudowana z 174 aminokwasów, 19 kD)
-Glikozylowana –G ( 23 kD)
izoferrytyna bogatsza w podjednostki L (zasadowa ze względu na wyższy punkt izoelektryczny , znajduje się w tkankach bogatszych w żelazo magazynowe: wątrobie, śledzionie i łożysku)
izoferrytyma bogata w podjednostki H (kwasowa, niższa wartość pI), znajduje się w komórkach serca, nerek, krwinkach czerwonych, limfocytach i monocytach jak również w komórkach nowotworowych
Poziom ferrytyny:
Obniżenie stężenia :
obfite krwawienia z dróg rodnych
ciąża
okres nasilonego wzrostu i pokwitania
regularne oddawanie krwi (dawcy)
hemodializy
przewlekłe krwawienia z układu pokarmowego
Podwyższenie stężenia ferrytyny:
zakażenia bakteryjne (stany ostrej fazy)
uszkodzenia komórek wątroby
stany nowotworowe
przewlekłe stany zapalne
przeładowanie żelazem (liczne transfuzje, hemochromatoza, nadmierna, niekontrolowana podaż)
Apoferrytyna
Część białkowa kompleksu żelazowo-białkowego = ferrytyna
Synteza apoferrytyna jest regulowana przez IRE-BP. Przy niedoborze Fe w komórce to białko regulacyjne wiąże się z IRE w 5’-końcowym, niepodlegającym translacji regionie mRNA apoferrytyny, hamując inicjację translacji. Mechanizm ten zapewnia zwiększenie ilości apoferrytyny przy nadmiarze Fe, chroniąc jednocześnie komórkę przed toksycznymi efektami wolnego Fe
Mobilizacja żelaza z ferrytyny
niezbędne jest przenikanie substancji redukujących przez kanały białkowe do wnętrza cząsteczki ferrytyny
konieczna jest redukcja Fe3+ do Fe2+
wymagany jest udział niskocząsteczkowych substancji chelatujących (puli pośredniej), które natychmiast zwiążą przejściowo żelazo
Odkładanie żelaza w ferrytynie
udział wolnych rodników
konieczne utlenienie Fe2+ do Fe3+
obecność tlenu
Hemosyderyna
pochodzi z ferrytyny w wyniku niszczenia uporządkowanej struktury białka (wolne rodniki)
wiąże trwale żelazo, i dzięki temu może zabezpieczać organizm przed ryzykiem powstawania toksycznych form tlenu i innych wolnych rodników
Hemosyderyna i ferrytyna – podob i różnice
ferrytyna wiąże żelazo odwracalnie – może zostać uwolnione w każdej chwili
hemosyderyna wiąże żelazo nieodwracalnie
zwiększenie ilości żelaza odkładanej w ferrytynie zbliża ją do hemosyderyny (to następna postać ferrytyny)
oba związki są białkami magazynującymi żelazo
Żelazo a układ immunologiczny
Granulocyty zawierają i uwalniają laktoferynę
Makrofagi uwalniają transferynę, zawierają ferrytynę, a na swej pow mają receptory dla laktoferyny
Monocyty zawierają ferrytynę
Limfocyty zawierają ferrytynę, uwalniają transferynę i mają receptory tranferynowe
Żelazo może oddziaływać na komórki układu immunologicznego:
bezpośrednio poprzez łączenie się z receptorami na powierzchni tych komórek
pośrednio łącząc się z białkiem przez nie wydzielanym może wpływać na odpowiedź immunologiczną poprzez transmitery immunologiczne np. interleukina -1
Żelazo a wolne rodniki
Żelazo stymuluje powstawanie wolnych rodników zgodnie z równaniami Fentona i Habera-Weissa:
Fe2+ + O2 ® Fe3+ + O2˙ ¯
2O2˙ ¯ +2H+ ® H2O2
Fe2+ + H2O2 ® Fe3+ + OH˙ + OH¯
Wolne rodniki mogą wywoływać:
uszkodzenie struktury kwasów nukleinowych,
inicjować proces peroksydacji lipidów (powstawania nadtlenków lipidów w błonach komórkowych),
inaktywację enzymów , proteolityczną degradację białek,
Żelazo a choroba nowotworowa
Stymulacyjna rola żelaza w powstawaniu nowotworów może wynikać z dwóch przyczyn:
pierwiastek ten może być czynnikiem niezbędnym dla mnożenia się komórek nowotworowych
powstawaniem w obecności wolnych jonów żelaza wolnych rodników
Synteza hemu:
prod wyjściowe: glicyna i bursztynylo-CoA (sukcynylo-CoA)
lokalizacja: I etap-mitochondrium / cytozol
zmiana kompartmentacji: na etapie Kaproporfirynogenu
Katabolizm: miejsce – frakcja mikrosomalna ukł siateczkowo-śródbłonkowego
BŁONY
FUNKCJE BŁON BIOLOGICZNYCH
• Ochrona wnętrza komórki
• Wydzielanie we wnętrzu komórki kompartmentów i domen o charakterystycznym metabolizmie
• Regulacja transportu do wnętrza komórki, na zewnątrz lub do określonej struktury subkomórkowej
• Obecność w błonie selektywnych receptorów, przyłączających cząsteczki sygnałowe
• Obecność w błonie antygenów specyficznych dla gatunku/osobnika
• Obecność w błonie miejsc „zakotwiczenia” elementów cytoszkieletu lub matrix zewnątrzkomórkowej (umożliwia to utrzymanie kształtu komórki i jej mobilność)
• Zapewnienie miejsca wiązania enzymów
• Regulacja połączeń pomiędzy błonami w obrębie komórki i pomiędzy komórkami za pośrednictwem połączeń szczelinowych („gap junctions”) i umożliwienie transportu przez te struktury
ROLA CHOLESTEROLU W BŁONIE BIOLOGICZNEJ
1. Unieruchomienie łańcuchów weglowodorowych najbliższych fosfolipidów, co zmniejsza podatność dwuwarstwy lipidowej na odkształcenia i ogranicza przepuszczalność błony dla małych hydrofilnych cząsteczek.
2. Zapobieganie krystalizacji węglowodorów i przesunięciom fazowym w błonie
CZĄSTECZKI ADHEZYJNE
• Zależne od wapnia (kadheryny); pojedynczy segment transbłonowej glikoproteiny zbudowany z 700-750 aa; zewnątrzkomórkowy łańcuch polipeptydowy zawiera ok. 100 aa, w jego obrębie miejsca wiążące wapń; odcinek wewnątrzkomórkowy wiąże się ze specyficznymi białkami cytoszkieletu; komórki łączą się za pośrednictwem wiązań powstających pomiędzy zewnątrzkomórkowymi łańcuchami polipeptydowymi kadheryn
• Wiążące węglowodany (selektyny): słaby i odwracalny typ wiązania, umożliwiający ukierunkowany ruch komórek
• Integryny: transbłonowe glikoproteiny, wiążące komórki do matrix i do innych komórek, zbudowane z podjednostek a i b; wiązanie zależy od wapnia, magnezu i obecności specyficznego ligandu dla integryny w matrix lub komórce docelowej; wiązanie z matrix umożliwia komórce eksplorowanie środowiska.
• Wiązanie pomiędzy kom niezależne od wapnia: białka NCAM, ICAM i L1 należące do rodziny immunoglobulin.
MECHANIZMY TRANSPORTU PRZEZ BŁONY:
1.DYFUZJA – TRANSPORT BIERNY
a/ dyfuzja ułatwiona: kanały bramkowane elektrycznie (zależne od potencjału), bramkowane chemicznie (zależne od ligandu), bramkowane...
InzChemiczna