Реферат Курсовая Конспект
Железосодержащие органические соединения в организме человека - раздел Химия, Биологическая роль железа Железосодержащие Органические Соединения В Организме Человека. Железо, Находя...
|
Железосодержащие органические соединения в организме человека. Железо, находящееся в организме человека, можноразбить на 2 большие группы клеточное и внеклеточное. Соединения железа в клетке, отличающиеся различным строением, обладают характерной только для них функциональной активностьюи биологической ролью для организма.
В свою очередь их можноподразделить на 4 группы 1. гемопротеины, основным структурным элементом которыхявляется гем гемоглобин, миоглобин, цитохромы, каталаза ипероксидаза 2. железосодержащие ферменты негеминовой группы сукцинат-де-гидрогеназа, ацетил - коэнзим А - дегидрогеназа, НАДН цитохромС-редуктаза и др. 3. ферритин и гемосидерин внутренних органов 4. железо, рыхло связанное с белками и другими органическимивеществами.
Ко второй группе внеклеточных соединений железаотносятся 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 искелетной мускулатуры. Он состоит из единственной полипептиднойцепочки, содержащей 153 аминокислоты и соединенный сгемпростетической группой. Основной функцией миоглобинаявляется транспортировка кислорода через клетку и регуляция егосодержания в мышце для осуществления сложных биохимическихпроцессов, лежащих в основе клеточного дыхания. Он содержит0,34 железа. Миоглобин депонирует кислород во времясокращения мышц, а при их поражении он может попадать в кровь ивыделяться с мочой.
Железосодержащие ферменты и негеминовоежелезо клетки находится главным образом в митохондриях. Наиболее изученными и важными для организма ферментамиявляются цитохромы, каталаза и пероксидаза. Цитохромы делятся на 4 группы в зависимости отстроения 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 процессовдифференцировки тканей, а внемитохондриальное играет важнуюроль в процессах роста и дыхания клетки.
Основной биологическойролью большинства цитохромов является участие в переносеэлектронов, лежащих в основе процессов терминального окисления втканях. Цитохромоксидаза является конечным ферментоммитохондриального транспорта электронов - электронотранспортнойцепочки, ответственным за образование АТФ при окислительномфосфолировании 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, предохраняющихэритроциты от окислительного гемолиза. Каталаза выполняетдвойную функцию в зависимости от концентрации перекисиводорода в клетке. При высокой концентрации перекиси водородафермент катализирует реакцию ее разложения, а при низкой - и вприсутствии донора водорода метанол, этанол и др. становитсяпреобладающей пероксидазная активность каталазы.
Пероксидаза содержится преимущественно в лейкоцитах и слизистой тонкого кишечника у человека. Она такжеобладает защитной ролью, предохраняя клетки от их разрушенияперекисными 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, аактивированное 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 главнымобразом 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 - запасныесоединения железа в клетке, находящиеся главным образом вретикулоэндотелиальной системе печени, селезенки и костногомозга. Приблизительно одна треть резервного железа организмачеловека, преимущественно в виде ферритина, падает на долюпечени. Запасы железа могут быть при необходимостимобилизованы для нужд организма и предохраняют его оттоксичного действия свободно циркулирующего железа.
Известно, что гепатоциты и купферовские клеткипечени участвуют в создании резервного железа, причем внормальной печени большая часть пегом и нового железа обнаруженав гепатоцитах в виде ферритина. При парентеральном введениижелеза как гепатоциты, так и кунферовские клетки печениаккумулируют большое количество дополнительного ферритина, хотя последние имеют тенденцию запасать относительно больше излишнего негеминового железа в виде гемосидерина.
Сферическая белковая оболочка молекулы ферритина состоит из 24 субъединиц, имеющих молекулярный вес18500 - 19000. Общий молекулярный вес апоферритина 445000.Электронно-микроскопические исследования показали, чтоферритин 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-фосфатногокомплекса, имеющих кристаллическую структуру.
Захват иосвобождение железа осуществляется через белковые каналы путемсвободного пассажа, а его отложение и мобилизация происходят наповерхности микрокристаллов. Стимуляция синтеза ферритинажелезом является хорошо установленным фактом. Как известно, печень является основнымкомпонентом ретикулоэндотелиальной системы. В концежизнедеятельности эритроциты фагоцитируются макрофагами этойсистемы, а освобождающееся железо или оседает в печени в видеферритина гемосидерина, или возвращается в плазму крови изахватывается в паренхиматозных клетках печени и мышц, а такжев макрофагах ретикулоэндотелиальной системы печени, селезенки икостного мозга Гемосидерин является вторым запаснымсоединением железа в клетке и содержит значительно большежелеза, чем ферритин.
В отличие от ферритина он нерастворим вводе. Существует достаточно аргументированное предположение, что преобразование ферритина в гемосидерин происходит путемпостепенного перенасыщения ферритиновой молекулы железом споследующим ее разрушением и образованием зрелогогемосидерина.
Внимание исследователей в последнее времяпривлекает циркулирующий в крови ферритин. Вероятно, онпроисходит из клеток ретикулоэндотелиальной системы. Имеютсяпредположения, что сывороточный ферритин является отражениемактивной секреции ферритина из печеночных клеток, возможно из связанных полисом. Таким образом, его присутствие в сыворотке внебольшом количестве не является результатом разрушения клетокпечени. Не только его происхождение, но и биологическая роль ворганизме человека до настоящего времени изучены недостаточно. Не вызывает сомнений точно установленный факт концентрациясывороточного ферритина отражает состояние запасного фондажелеза в организме человека.
Отметим, что хорошая зависимостьотмечена между уровнем сывороточного ферритина имобилизуемыми запасами железа в организме человека, изученных спомощью количественных кровопусканий, а также междуферритином и концентрацией негеминового железа в тканях печени, полученных с помощью биопсии у людей.
Средняя концентрацияего в сыворотке крови у мужчин выше, чем у женщин, сколебаниями от 12 до 300 мкгл. ВНЕКЛЕТОЧНОЕ ЖЕЛЕЗО Во внеклеточных жидкостях железо находится всвязанном состоянии - в виде железо - белковых комплексов. Концентрация его в плазме широко варьирует у здорового человека, составляет 10,8 - 28,8 мкмольл. с достаточно большими суточнымиколебаниями, достигающими 7,2 мкмольл. Общее содержаниежелеза во всем объеме циркулирующей плазмы у взрослого человекасоставляет 3 - 4 мг. Уровень железа в плазме крови зависит от рядафакторов взаимоотношения процессов разрушения и образованияэритроцитов, состояния запасного фонда железа в желудочно-кишечном тракте.
Однако наиболее важной причиной, определяющей уровень плазменного железа, являетсявзаимодействие 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 мкмольл, а свободная железо-связывающая способность - резервная емкость трансферрина - составляет 28.8 - 50.4 мкмольл у здорового человека В плазме здорового человека трансферрин можетнаходиться в 4 молекулярных формах 1 апотрансферрина 2 моножелезистого трансферрина А - железо занимает толькоА - пространство 3 моножелезистого трансферрина В - железозанимает только В-пространство 4 дижелезистого транферрина - заняты А и В пространства.
Молекулярный вес трансферрина 76000 - 80000, он состоит из единственной полипептидной цепочки срасположенными 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 организмечеловека зависит как от общего поступления железа в плазму крови, так и от его количества, захваченного различными тканямисоответственно количеству в них специфических рецепторов дляжелеза. Кроме того трансферрин обладает защитной функцией -предохраняет ткани организма от токсического действия железа.
Анализируя биологическую роль трансферрина ворганизме, следует упомянуть о результатах экспериментальныхисследований, свидетельствующих о способности этого белкарегулировать транспорт железа из лабильных его запасов в эпителииклеток желудочно-кишечного тракта в плазму крови. Из плазмы железо захватывается преимущественно костным мозгом для синтеза гемоглобина и эритроцитов, в меньшей степени - клеткамиретикулоэндотелиальной системы и откладывается в виде запасногожелеза, некоторое количество его поступает в неэритропоэтическиеткани и используется для образования миоглобина и ферментовтканевого дыхания цитохромы, каталаза и т.д Все эти процессыявляются 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 наповерхности ретикулоцитов 2 образование прочного соединения между трансферрином иклеткой, возможно проникновение белка в клетку 3 перенос железа от железо-связывающего белка к синтезирующемугемоглобин - аппарату клетки 4 освобождение трансферрина в кровь.
Известно, что количество связывающих трансферрин пространств максимально в ранних эритроидных предшественниках иуменьшается по мере созревания этих клеток. Железо-связывающий белок лактоферрин обнаруженво многих биологических жидкостях молоке, слезах, желчи, синовиальной жидкости, панкреатическом соке и секрете тонкогокишечника.
Кроме того, он находится в специфических вторичныхгранулах нейтрофильных лейкоцитов, образуясь в клеткахмиелоидного ряда со стадии промиелоцита.
Подобно трансферрину, лактоферрин способен связывать 2 атома железа специфическимипространствами. Он состоит из одной полипептидной цепочки, молекулярный вес приблизительно равен 80000. В физиологическихусловиях этот железо-связывающий белок насыщен железом до 20в ничтожных количествах он содержится в плазме крови, освобождаясь в нее из нейтрофильных лейкоцитов. Несмотря насхожесть лактоферрина и трансферрина, эти железо-связывающиебелки отличаются друг от друга по антигенным свойствам, составуаминокислот, 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 важныйкласс железосодержащих ферментов, участвующих в переносеэлектронов 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 поддействием кислот.
К железо - серным ферментам относится, например, ферредоксин хлоропластов, осуществляющий переносэлектронов от возбужденного светом хлорофилла на разнообразныеакцепторы электронов.
– Конец работы –
Эта тема принадлежит разделу:
Макроэлементы, к которым относятся кальций, магний,натрий, калий, фосфор, сера и хлор, требуются организму вотносительно больших количествах порядка… Известно, что в пищеживотных обязательно должно содержаться около… Наконец, в-третьих,ион металла может играть роль мощного акцептора электронов наопределенной стадии каталитического…
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Железосодержащие органические соединения в организме человека
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Твитнуть |
Новости и инфо для студентов