Биологическая роль железа Железосодержащие органические соединения в организме человека Кинетика обмена железа Этиология дефицита железа Роль питания Диагностическое и лечебное применение железа 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 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, ионметалла 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 . с оединения железа в клетке, отличающиеся различным строением, обладают характерной только для них функциональной активностью 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 ( сукцинатде гидрогеназа , ацетил коэнзим А – дегидрогеназа , НАДН , цитохром едуктаза 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 келетной 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 : а 1 , 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 ифференцировки 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 епочки , 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 ритроциты от окислительного гемолиза. Каталаза выполняет войную функцию в зависимости от концентрации перекиси водорода в клетке. При высокой концентрации перекиси водорода фермент катализирует еакцию ее разложения, а при низкой - и в присутствии донора водорода (метанол, этанол и др.) становится реобладающей 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, активированное им йодинирование частиц относится к бактерицидной функции лейкоцитов. К железосодержащим относятся и флавопротеи новые ферменты , в которых железо не включено в геминовую группу и необходимо только для реакций переноса. Наиболее изученной является сукцинат дегидрогеназа , которая наиболее активна в цикле трикарбоновых кисло т. 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 ечени . Запасы железа могут быть при необходимости мобилизованы для нужд организма и предохраняют его от оксичного 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 ж
