
на первый
заказ
Реферат на тему: Биологическая роль железа. Железосодержащие органические соединения в организме человека
Купить за 250 руб.Введение
Для нормального роста и выполнения биологическихфункций 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:
- А - цитохромы с гем - группой, соединяющей формилпорфин;
- В - цитохромы с протогем - группой;
- С - цигохромы с замещенной мезогем - группой;
- 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,
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 in vitro 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.
Оглавление
- Биологическая роль железа- Железосодержащие органические соединения в организме человека
- Кинетика обмена железа
- Этиология дефицита железа
- Роль питания
- Диагностическое и лечебное применение железа
- 7. Библиография
Список литературы
1. Большая Медицинская Энциклопедия,под редакцией Б.В.Петровского, М., 1978.
2. Ленинджер А. "Основы биохимии",
М., 1985.
3. Петров В.Н. "Физиология и патология обмена железа ",
Л., 1982.
4. Кассирский И.А. "Клиническая гематология ",
М., 1970.
5. Верболович П.А., Утешев А.Б. "Железо в животном
организме", А-Ата, 1967.
или зарегистрироваться
в сервисе
удобным
способом
вы получите ссылку
на скачивание
к нам за прошлый год