Значение Fe2+ и Fe3+ в организме
СОДЕРЖАНИЕ
1. Введение.
. Характеристика элемента. Его
физические и химические свойства.
. Биологические свойства.
. Железо в составе гемоглобина
человека.
. Железо в составе миоглобина
человека.
. Депонированное железо.
. Внеклеточное железо.
. Заключение.
. Используемая литература.
Введение
Железо является незаменимым металлом,
необходимым для жизнедеятельности организма. Оно входит в состав гемоглобина,
миоглобина, а также различных ферментов; обратимо связывает кислород и
участвует в ряде окислительно-восстановительных реакций; играет важнейшую роль
в процессах кроветворения. Потребность в этом элементе возрастает в период
роста ребенка, при беременности, потере крови во время менструаций, а также при
ряде заболеваний, сопровождающихся малокровием. Дефицит железа в организме
может возникать при низком его поступлении с пищей (недостаточном питании, при
диете с недостаточным содержанием в ней мясных блюд и др.), при ряде
патологических состояний (ахлоргидрия, хронический понос, нарушающий всасывание
биологически активных веществ из кишечника, после гастроэктомии, кровопотери, в
том числе желудочно-кишечные кровотечения, связанные прежде всего с язвенной
болезнью и раком, послеоперационные кровотечения, паразитарные инфекции и др.).
Недостаточное содержание железа в организме -
это, прежде всего низкий гемоглобин, который отвечает за доставку кислорода к
органам и тканям. Длительное железное голодание влечет за собой быструю
утомляемость, снижение иммунитета, задержку умственного и физического развития у
детей. Недостаток железа в организме приводит к развитию железодефицитной
анемии, сопровождающейся нарушением физического развития, общей слабостью,
снижением работоспособности и другими симптомами. Малокровие же приводит к сбою
работы многих органов, в том числе и половых (у мужчин при дефиците железа
развивается импотенция). От недостатка железа особенно страдают женщины в
период беременности, а это нередко приводит к рождению неполноценного как в
физическом, так и умственном отношении потомства. Как видим, недуги организма,
и прежде всего детского, при дефиците железа напоминают во многом болезни при
йодной недостаточности.
Железо, содержащееся в плазме, является
транспортной формой этого элемента, в связи с чем содержание его в этой
жидкости подвержено суточным колебаниям - оно обычно снижается во второй
половине дня. За это время железо поступая в различные органы и ткани, и прежде
всего в гемоглобин, удовлетворяет их потребности в этом металле. Обмен железа в
организме во многом зависит от нормального функционирования печени, поэтому
определение его в сыворотке крови может быть использовано в качестве
диагностического теста.
Железо, как уже говорилось поступает в организм
с пищевыми продуктами. И поступает оно, разумеется, в первую очередь в желудок,
а далее - в кишечник, откуда оно и всасывается в кровь, разносясь по всему
организму, удовлетворяя потребности органов и тканей, особенно нуждающихся в
этом элементе. Для хорошего всасывания железа необходимо наличие в желудке
достаточного количества свободной соляной кислоты, которая растворяет металл до
усвояемой организмом формы.
Вот почему препараты железа при секреторной
недостаточности желудка назначают вместе с желудочным соком или разведенной
соляной кислотой. Лучше всасываются и усваиваются организмом препараты
двуосновного (закисного) железа, хуже - трехосновного (окисного). С этой целью
больным назначают восстановители, в первую очередь аскорбиновую кислоту,
которая способствует переходу трехосновного железа в двухосновное. Далее в
процесс включаются белковые молекулы слизистых оболочек желудка и кишечника,
образующие с железом комплексы, способствующие оптимальному всасыванию железа в
просвет кровеносного русла.[1]
Характеристика
элемента. Его физические и химические свойства
Желе́зо - элемент
<#"704699.files/image001.gif">дезоксимиоглобин
+ О2 для миоглобина из разных организмов
<http://www.xumuk.ru/biospravochnik/692.html> изменяется в пределах от
0,2.106 до 2,2.106 М-1 (давление <http://www.xumuk.ru/encyklopedia/1165.html>
О2, соответствующее полунасыщению, от 2,7 до 0,5 мм рт. ст.). Метмиоглобин
обладает также слабыми пероксидазной и каталазной активностями
<http://www.xumuk.ru/encyklopedia/101.html>.
В больших количествах миоглобин
содержится в мышцах морских млекопитающих-дельфинов и тюленей (соотв. 3,5 и
7,7% от массы тела).
Миоглобин кашалота был первым белком
<http://www.xumuk.ru/encyklopedia/486.html>, для которого Дж. Кендрю с
сотрудниками в 1957-60 определили пространственную структуру молекулы
<http://www.xumuk.ru/encyklopedia/2650.html> методом рентгеноструктурного
анализа.[5]
Кроме того, в организме существует
депонированное (запасное) железо. железо клетки находится главным образом в
митохондриях.
Наиболее изученными и важными для организма
ферментами являются цитохромы, каталаза и пероксидаза. Цитохромы представляют
собой липидные комплексы гемопротеинов и прочно связаны с мембраной
митохондрии. Однако, цитохромы в5 и Р450 находятся в эндоплазматическом
ретикулюме, а микросомы содержат НАДН- цитохром С - редуктазу. Существует
мнение, что митохондриальное дыхание необходимо для процессов дифференцировки
тканей, а внемитохондриальное играет важную роль в процессах роста и дыхания
клетки. Основной биологической ролью большинства цитохромов является участие в
переносе электронов, лежащих в основе процессов терминального окисления в
тканях. Цитохромоксидаза является конечным ферментом митохондриального
транспорта электронов -электронотранспортнойцепочки, ответственным за
образование АТФ при окислительном фосфолировании в митохондриях. Показана
тесная зависимость между содержанием этого фермента в тканях и утилизацией
имикислорода. Каталаза, как и цитохромоксидаза, состоит из единственной
полипептидной цепочки, соединенной с гем-группой. Она является одним из
важнейших ферментов, предохраняющих эритроциты от окислительного гемолиза.
Каталаза выполняет двойную функцию в зависимости от концентрации перекиси
водорода в клетке. При высокой концентрации перекиси водорода фермент
катализирует реакцию ее разложения, а при низкой - и в присутствии донора
водорода (метанол, этанол и др.) становится преобладающей пероксидазная
активность каталазы. Пероксидаза содержится преимущественно в лейкоцитах и
слизистой тонкого кишечника у человека. Она также обладает защитной ролью,
предохраняя клетки от их разрушения перекисными соединениями. Миелопероксидаза-
железосодержащий геминовый фермент, находящийся в азурофильных гранулах
нейтрофильных лейкоцитов и освобождается в фагоцитирующие вакуолив течение
лизиса гранул. Активированное этим ферментом разрушение белка клеточной стенки
бактерий является смертельным для микроорганизма, а активированное им
йодинирование частиц относится к бактерицидной функции лейкоцитов. К
железосодержащим относятся и флавопротеиновые ферменты, в которых железо не
включено в геминовую группу и необходимо только для реакций переноса. Наиболее
изученной является сукцинатдегидрогеназа, которая наиболее активна в цикле
трикарбоновых кислот. Митохондриальныемембраны свободно проницаемы для субстрата
фермента.Негеминовое железо, локализующееся главнымобразом в митохондриях
клетки, играет существенную роль в дыханииклетки, участвуя в окислительном
фосфолировании и транспортеэлектронов при терминальном окислении, в цикле
трикарбоновых кислот. Ферритин и гемосидерин - запасные соединения железа в
клетке, находящиеся главным образом в ретикулоэндотелиальной системе печени,
селезенки и костного мозга. Приблизительно одна треть резервного железа
организма человека, преимущественно в виде ферритина, падает на долю печени.
Запасы железа могут быть при необходимости мобилизованы для нужд организма и
предохраняют его от токсичного действия свободно циркулирующего железа.
Известно, что гепатоциты и купферовские клетки печени участвуют в создании
резервного железа, причем в нормальной печени большая часть пегом и нового
железа обнаружена в гепатоцитах в виде ферритина. При парентеральном введении
железа как гепатоциты, так и кунферовские клетки печени аккумулируют большое
количество дополнительного ферритина, хотя последние имеют тенденцию запасать
относительно больше излишнего негеминового железа в виде гемосидерина. Ядро
ферритина состоит из мицелл железо-фосфатного комплекса, имеющих
кристаллическую структуру. Захват и освобождение железа осуществляется через
белковые каналы путем свободного пассажа, а его отложение и мобилизация
происходят на поверхности микрокристаллов. Стимуляция синтеза ферритина железом
является хорошо установленным фактом. Как известно, печень является основным
компонентом ретикулоэндотелиальной системы. В конце жизнедеятельности
эритроциты фагоцитируются макрофагами этой системы, а освобождающееся железо
или оседает в печени в виде ферритина (гемосидерина), или возвращается в плазму
крови и захватывается в паренхиматозных клетках печени и мышц, а также в
макрофагах ретикулоэндотелиальной системы печени, селезенки и костного мозга.
Гемосидерин является вторым запасным соединением железа в клетке и содержит
значительно больше железа, чем ферритин. В отличие от ферритина он нерастворим
в воде. Существует достаточно аргументированное предположение, что
преобразование ферритина в гемосидерин происходит путем постепенного
перенасыщения ферритиновой молекулы железом с последующим ее разрушением и
образованием зрелого гемосидерина. Внимание исследователей в последнее время
привлекает циркулирующий в крови ферритин. Вероятно, он происходит из клеток
ретикулоэндотелиальной системы. Имеются предположения, что сывороточный
ферритин является отражением активной секреции ферритина из печеночных клеток,
возможно из связанных полисом. Таким образом, его присутствие в сыворотке в
небольшом количестве не является результатом разрушения клеток печени. Не
только его происхождение, но и биологическая роль в организме человека до
настоящего времени изучены недостаточно. Не вызывает сомнений точно
установленный факт концентрация сывороточного ферритина отражает состояние
запасного фонда железа в организме человека. Отметим, что хорошая зависимость
отмечена между уровнем сывороточного ферритина и мобилизуемыми запасами железа
в организме человека, изученных с помощью количественных кровопусканий, а также
между ферритином и концентрацией негеминового железа в тканях печени,
полученных с помощью биопсии у людей. Средняя концентрация его в сыворотке
крови у мужчин выше, чем у женщин, с колебаниями от 12 до 300 мкг/л.[6]
железо эритроцит кровь плазма
Внеклеточное железо
Во внеклеточных жидкостях железо находится в
связанном состоянии - в виде железо - белковых комплексов. Концентрация его в
плазме широко варьирует у здорового человека, составляет 10,8 - 28,8 мкмоль/л.
с достаточно большими суточными колебаниями, достигающими 7,2 мкмоль/л. Общее
содержание железа во всем объеме циркулирующей плазмы у взрослого человека
составляет 3 - 4 мг. Уровень железа в плазме крови зависит от ряда факторов:
взаимоотношения процессов разрушения и образования эритроцитов, состояния
запасного фонда железа в желудочно-кишечном тракте. Однако наиболее важной
причиной, определяющей уровень плазменного железа, является взаимодействие
процессов синтеза и распада эритроцитов. Железо-связывающий белок трансферрин,
открытый шведскими учеными, содержится в небольшом количестве в плазме крови.
Синтезируется трансферрин преимущественно в паренхиматозных клетках печени.
Функции трансферрина в организме представляют значительный интерес. Он не
только переносит железо в различные ткани и органы, но и «узнает» синтезирующие
гемоглобин ретикулоциты и, возможно другие нуждающиеся в железе клетки.
Трансферрин отдает железо им только в том случае, если клетки имеют
специфические рецепторы, связывающие железо. Таким образом, этот
железо-связывающий белок функционирует как транспортное средство для железа,
обмен которого в организме человека зависит как от общего поступления железа в
плазму крови, так и от его количества, захваченного различными тканями
соответственно количеству в них специфических рецепторов для железа. Кроме того
трансферрин обладает защитной функцией - предохраняет ткани организма от
токсического действия железа. Анализируя биологическую роль трансферрина в
организме, следует упомянуть о результатах экспериментальных исследований,
свидетельствующих о способности этого белка регулировать транспорт железа из
лабильных его запасов в эпителии клеток желудочно-кишечного тракта в плазму
крови. Из плазмы железо захватывается преимущественно костным мозгом для
синтеза гемоглобина и эритроцитов, в меньшей степени - клетками
ретикулоэндотелиальной системы и откладывается в виде запасного железа,
некоторое количество его поступает в неэритропоэтические ткани и используется
для образования миоглобина и ферментов тканевого дыхания (цитохромы, каталаза и
т.д.). Все эти процессы являются сложными и до конца не изученными.
Железо-связывающий белок лактоферрин обнаружен во многих биологических
жидкостях: молоке, слезах, желчи, синовиальной жидкости, панкреатическом соке и
секрете тонкого кишечника. Кроме того, он находится в специфических вторичных
гранулах нейтрофильных лейкоцитов, образуясь в клетках миелоидного ряда со
стадии промиелоцита. Подобно трансферрину, лактоферрин способен связывать 2
атома железа специфическими пространствами. Он состоит из одной полипептидной
цепочки, молекулярный вес приблизительно равен 80000. В физиологических
условиях этот железо-связывающий белок насыщен железом до 20%в ничтожных
количествах он содержится в плазме крови, освобождаясь в нее из нейтрофильных
лейкоцитов. Несмотря на схожесть лактоферрина и трансферрина, эти
железо-связывающие белки отличаются друг от друга по антигенным свойствам,
составу аминокислот, белков и углеводов. В настоящее время известны следующие
функции этого белка: бактериостатическая, участие в иммунных процессах и
абсорбции железа в желудочно-кишечном тракте. Свободный от железа лактоферрин -
аполактоферрин обладает бактериостатическими свойствами, которые теряются при
насыщении его железом. Аполактоферрин тормозит invitro рост бактерий и грибов,
и возможно, играет роль во внутриклеточной гибели микроорганизмов. При низкой
концентрации лактоферрина в нейтрофильных лейкоцитах может уменьшаться их бактерицидная
активность. Железосерные ферменты - это еще один важный класс железосодержащих
ферментов, участвующих в переносе электронов в клетках животных, растений и
бактерий. Железосерные ферменты не содержат гемогрупп, они характеризуются тем,
что в их молекулах присутствует равное число атомов железа и серы, которые
находятся в особой лабильной форме, расщепляющейся под действием кислот. К
железо-серным ферментам относится, например, ферредоксин хлоропластов,
осуществляющий перенос электронов от возбужденного светом хлорофилла на
разнообразные акцепторы электронов.[7]
Заключение
Итак, являясь структурным компонентом гема,
гемовое железо необходимо для синтеза ключевого белка эритроцитов -
гемоглобина, осуществляющего транспорт кислорода, углекислоты и протонов.
Последнее предопределяет участие гемоглобина в поддержании буферной емкости
крови. Гем является структурным компонентом ферментов детоксикации - цитохрома
Р-450 и антиоксидантной защиты - каталазы и миелопероксидазы. Входит в
структуру митохондриальных цитохромов, участвующих в утилизации кислорода и
синтезе АТФ. Является обязательным и незаменимым компонентом различных белков.
Негемовое железо входит в состав трансферрина (транспорт железа), ферритина и
гемосидерина (депонирование железа), дегидрогеназы, а также белков цикла
Кребса. За счет синтеза клеток белой крови поддерживает высокий уровень
иммунной резистентности организма (обеспечивает защиту организма от инфекции).
Принимает участие в работе мышц: гемовое железо входит в состав миоглобина, поэтому
участвует в транспорте кислорода и депонировании железа в мышечной ткани.
Таким образом, мы убедились в том, что железо
является незаменимым металлом, необходимым для жизнедеятельности организма.
Литература
1. В.
Д. Казьмин.
2. <http://chem100.ru/>.
3. www.calorizator.ru
<http://www.calorizator.ru>.
4. Г.
В. Андреенко, С. Е. Северин.
. <http://www.xumuk.ru/>.
. Ленинджер
А. «Основы биохимии»,М., 1985.
. Петров
В.Н. «Физиология и патология обмена железа »,Л., 1982.Кассирский И.А.
«Клиническая гематология », М., 1970.