реферат, рефераты скачать Информационно-образоательный портал
Рефераты, курсовые, дипломы, научные работы,
реферат, рефераты скачать
реферат, рефераты скачать
МЕНЮ|
реферат, рефераты скачать
поиск
Биологическая роль железа

Биологическая роль железа

СОДЕРЖАНИЕ:

1. Биологическая роль железа

2. Железосодержащие органические соединения в организме человека

3. Кинетика обмена железа

4. Этиология дефицита железа

5. Роль питания

6. Диагностическое и лечебное применение железа

7. Библиография

БИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ ЖЕЛЕЗА

Для нормального роста и выполнения биологических

функций человеку и животным кроме витаминов необходим целый

ряд неорганических элементов. Эти элементы можно разделить на 2

класса макроэлементы и микроэлементы.

Макроэлементы, к которым относятся кальций, магний,

натрий, калий, фосфор, сера и хлор, требуются организму в

относительно больших количествах (порядка нескольких граммов в

сутки). Часто они выполняют более чем одну функцию.

Более непосредственное отношение к действию

ферментов имеют незаменимые микроэлементы, суточная

потребность в которых не превышает нескольких миллиграммов, т.е.

сопоставима с потребностью в витаминах.
Известно, что в пище

животных обязательно должно содержаться около 15

микроэлементов.

Большинство незаменимых микроэлементов служит в

качестве кофакторов или простетических групп ферментов. При этом

они выполняют какую-нибудь одну функцию из трех (по меньшей

мере) возможных функций. Во-первых, незаменимый микроэлемент

сам по себе может обладать каталитической активностью по

отношению к той иди иной химической реакции, скорость которой в

значительной степени возрастает в присутствии ферментного белка.

Это особенно характерно для ионов железа и меди. Во-вторых, ион

металла может образовывать комплекс одновременно и с субстратом

и с активным центром фермента, в результате оба они сближаются

друг с другом и переходят в активную форму.
Наконец, в-третьих,

ион металла может играть роль мощного акцептора электронов на

определенной стадии каталитического цикла.

Железо относится к тем микроэлементам,

биологические функции которых изучены наиболее полно.

Значение железа для организма человека, как и в

целом для живой природы, трудно переоценить.
Подтверждением

этому может быть не только большая распространенность его в

природе, но и важная роль в сложных метаболических процессах,

происходящих в живом организме. Биологическая ценность железа

определяется многогранностью его функций, незаменимостью

другими металлами в сложных биохимических процессах, активным участием в клеточном дыхании, обеспечивающем нормальное

функционирование тканей и организма человека.

Железо принадлежит к восьмой группе элементов

периодической системы Д. И. Менделеева
(атомный номер 26,

атомный вес 55,847 , плотность 7,86 г/см).
Ценным его свойством

является способность легко окисляться и восстанавливаться,

образовывать сложные соединения со значительно отличающимися

биохимическими свойствами, непосредственно участвовать в

реакциях электронного транспорта.

ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩИЕ

ОРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ

В ОРГАНИЗМЕ ЧЕЛОВЕКА

Железо, находящееся в организме человека, можно

разбить на 2 большие группы: клеточное и внеклеточное.

Соединения железа в клетке, отличающиеся различным строением,

обладают характерной только для них функциональной активностью

и биологической ролью для организма. В свою очередь их можно

подразделить на 4 группы:


1. гемопротеины, основным структурным элементом которых

является гем (гемоглобин, миоглобин, цитохромы, каталаза и

пероксидаза);


2. железосодержащие ферменты негеминовой группы (сукцинат-де-

гидрогеназа, ацетил - коэнзим А - дегидрогеназа, НАДН ,- цитохром

С-редуктаза и др.);


3. ферритин и гемосидерин внутренних органов;


4. железо, рыхло связанное с белками и другими органическими

веществами.

Ко второй группе внеклеточных соединений железа

относятся железо-связывающие белки трансферрин и лактоферрин,

содержащиеся во внеклеточных жидкостях.

КЛЕТОЧНОЕ ЖЕЛЕЗО

Гемоглобин, содержащийся в эритроцитах, выполняет важную для организма газотранспортную функцию - переносит экзогенный кислород и эндогенный углекислый газ. Эритроцит по отношению к гемоглобину играет роль буферной системы, способной регулировать общую величину газотранспортной функции.

Дыхательный пигмент крови - сложный белок, состоящий из белковой молекулы - глобина, соединенной полипептидными цепочками с 4 комплексами гема. Глобин состоит из 2 пар ( ) полипептидных цепочек, каждая из которых содержит 141-146 аминокислот. Гем, составляющий 4% веса молекулы гемоглобина, содержит железо в центре порфиринового кольца. У здорового человека гемоглобин гетерогенен. Нормальный эритроцит содержит приблизительно 30 пг. гемоглобина, в котором находится 0,34% железа.

Миоглобин - дыхательный белок сердечной и

скелетной мускулатуры. Он состоит из единственной полипептидной

цепочки, содержащей 153 аминокислоты и соединенный с

гемпростетической группой. Основной функцией миоглобина

является транспортировка кислорода через клетку и регуляция его

содержания в мышце для осуществления сложных биохимических

процессов, лежащих в основе клеточного дыхания. Он содержит

0,34% железа. Миоглобин депонирует кислород во время

сокращения мышц, а при их поражении он может попадать в кровь и

выделяться с мочой.

Железосодержащие ферменты и негеминовое

железо клетки находится главным образом в митохондриях.

Наиболее изученными и важными для организма ферментами

являются цитохромы, каталаза и пероксидаза.

Цитохромы делятся на 4 группы в зависимости от

строения геминовой группы:

n А - цитохромы с гем - группой, соединяющей формилпорфин; n В - цитохромы с протогем - группой; n С - цигохромы с замещенной мезогем - группой; n Д - цитохромы с гем - группой, соединяющей дегидропорфин.

В организме человека содержатся следующие цитохромы: а1, аз, в, в5, с, с1, Р450. Они 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 - электронотранспортной

цепочки, ответственным за образование АТФ при окислительном

фосфолировании в митохондриях. Показана тесная зависимость между содержанием этого фермента в тканях и утилизацией ими

кислорода.

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 вакуоли в 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. Митохондриальные мембраны свободно проницаемы для субстрата фермента.

Негеминовое железо, локализующееся главным

образом в митохондриях клетки, играет существенную роль в дыхании клетки, участвуя в окислительном фосфолировании и транспорте электронов 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 из

лишнего негеминового железа в виде гемосидерина.

Сферическая белковая оболочка молекулы ферритина состоит из 24 субъединиц, имеющих молекулярный вес

18500 - 19000. Общий молекулярный вес апоферритина 445000.

Электронно-микроскопические исследования показали, что

ферритин имеет полую оболочку с внутренним диаметром 70 - 80 А.

Оболочка имеет 6 каналов, расширяющихся кнутри (их диаметр 9-12 А).
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.

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. Общая железо-связывающая способность плазмы, характеризуящаясяпрактически концентрацией трансферрина, колеблется от 44,7 до 71,6 мкмоль/л, а свободная железо-связывающая способность - резервная емкость трансферрина
- составляет 28.8 - 50.4 мкмоль/л у здорового человека. .

В плазме здорового человека трансферрин может

находиться в 4 молекулярных формах:

1) апотрансферрина;
2) моножелезистого трансферрина А - железо занимает только

А - пространство;
3) моножелезистого трансферрина В - железо

занимает только В-пространство;
4) дижелезистого транферрина - заняты А и В пространства.


Молекулярный вес трансферрина 76000 - 80000, он состоит из единственной полипептидной цепочки с

расположенными на ней двумя значительно схожими, если не идентичными, металлсвязывающими пространствами. Эти пространства (А и В) наиболее прочно связывают железо по сравнению с ионами других металлов. Около 6% железо-связывающего белка составляют углеводные остатки, находящиеся в
2 ответвляющихся цепочках и заканчивающихся сиаловой кислотой. Углеводы, вероятно, не участвуют в механизме захвата железа.
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.

Однако некоторые этапы наиболее важного процесса передачи железа трансферрином клеткам костного мозга можно представить следующим образом:


1) адсорбция трансферрина рецепторными участками на

поверхности ретикулоцитов;


2) образование прочного соединения между трансферрином и

клеткой, возможно проникновение белка в клетку;


3) перенос железа от железо-связывающего белка к синтезирующему

гемоглобин - аппарату клетки;
4) освобождение трансферрина в кровь.

Известно, что количество связывающих трансферрин пространств максимально в ранних эритроидных предшественниках и

уменьшается по мере созревания этих клеток.

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,

Страницы: 1, 2



© 2003-2013
Рефераты бесплатно, рефераты литература, курсовые работы, реферат, доклады, рефераты медицина, рефераты на тему, сочинения, реферат бесплатно, рефераты авиация, курсовые, рефераты биология, большая бибилиотека рефератов, дипломы, научные работы, рефераты право, рефераты, рефераты скачать, рефераты психология, рефераты математика, рефераты кулинария, рефераты логистика, рефераты анатомия, рефераты маркетинг, рефераты релиния, рефераты социология, рефераты менеджемент.