Upload
edin
View
104
Download
9
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Odlična prezentacija
Citation preview
Predavanja iz kliničke hemijeMetabolizam gvožña
Prof Vesna Spasojević-KalimanovskaProf Violeta Dopsaj
Farmaceutski fakultetUniverziteta u Beogradu
2009/2010
StrukturaStruktura hemoglobinahemoglobina
αααα1 αααα2
β1 β2Hem
Proteinski deo
••GlobinskiGlobinski lancilanci
Hem
••PorfirinskoPorfirinsko jezgrojezgro••GvoGvožžñeñe
Faktori neophodni za eritropoezu
1. Eritropoetin2. Gvožñe3. Vitamin B12 (cijanokobalamin)4. Folna kiselina (folat)5. Ascorbic acid (Vitamin C)6. Piridoksin (Vitamin B6)7. Amino kiseline
Aminokiseline Sukcinil KoA Glicin TransferinFe 3+
αααα, ββββ, γγγγ, δδδδ - lanci
Feritin Fe 3+
depo
Fe 3+
mobilizacija
Fe 2+
Hemoglobin
Hem
δδδδ-aminolevulinska kiselina
Porfirin
Porfobilinogen
Ferohelataza
Protoporfirin
Biosinteza hemoglobina
Metabolizam gvoMetabolizam gvožžñaña
• Homeostaza Fe u organizmu• Mehanizmi uravnoteženog unosa Fe i
potreba organizma• Proteini regulatori nivoa Fe• Mesto regulacije nivoa Fe• Poremećaji deficijencija ili nagomilavanje• Lečenje• Parametri za ispitivanje statusa Fe
Metabolizam gvožña u organizmu
Homeostaza gvožña u organizmu
Funkcionalno Fe (80%)cirkulišući hemoglobin (65 %)mioglobin 10 %hemenzimi, NADH-dehidrogenaza, ksantin oksidaza,katalaza, ribonukleotid reduktazaProteini prenosioci elektrona , citohrom a,b i c,citohrom P-450
Transportno Fe: transferin (do 2 %)Deponovano Fe (do 20 %): feritin, hemosiderin
Transport O2 do tkivaUčešće u ćelijskim oksidacionim reakcijama
HomeostazaHomeostaza gvogvožžñaña
Homeostaza gvožña
Distribucija Fe:– muškarci………………….50 mg/kg t.t.– Žene.……………………….35 mg/kg t.t.
Dnevne potrebe Fe:– 1-4 mg /na dan zavisno od pola, starosti,
fizioloških potreba– prosek 1,7 mg/dan– > potrebe u trudnoći, laktaciji i pubertetu
• kod dece– 1. godina ………………..1,05 mg/dan– 1-7 godine………………..0,8 mg/dan– do 13. godine…………….1,9 mg/dan (za žene)
Unos gvožña hranomNamirnice životinjskog porekla• Hemsko gvožñe
– Meso, riba, jaja, iznutriceNamirnice biljnog porekla
– Feri obliku• Mala bioraspoloživost (2-20 %)
– Žitarice,spanać, zeleno povrćeRDA recommended daily allowance(preporučeni dnevni unos)• Odrasli 10-15 mg• Deca 6-10 mg• Trudnoća 15 mg, Dojilje 15 mg• Žene u reproduktivnom periodu 13-14 mg
Glavne faze u metabolizmu gvožña
ApsorpcijaTransportDeponovanjeRecirkulacijaIzlučivanje
Apsorpcija gvožña:najvažnija faza u regulaciji gvožña
Faze u apsorpciji Fe:
1. Luminalna faza2. Apsorpcija i procesi u enterocitima 3. Transfer dela gvožña u cirkulaciju
F
C
3 2
Tf
2Fe u citozoluC
Transport u plazmu – transferin Tf
Transport u mitohondrijeza sintezu enzima koji sadrže Fe
Transport do apoferitina – feritin F
1
3
Lumen creva Kapilar
Fe 2+
Fe 3+
Mukozna ćelija1
Apsorpcija gvožñaBrzina apsorpcije zavisi od:1. Fizioloških regulatornih mehanizama• Postojeći depoi gvožña, promet gvožña • Brzina eritropoeze, hipoksija 2. Lokalnih faktora u gastrointestinalnom traktu• Intraluminalni - hemijski oblik Fe, pH, kompleksi • Mukozni – anatomski, pokretljivost creva, mukozno Fe• Formiranje kompleksa• rastvorljivi kompleksi
– aminokiseline, vitamin C• nerastvorni kompleksi
– tanini (iz čaja)– fosfati (jaja, sira, mleka)– oksalati i fitati (biljaka)
Dnevne potrebe za gvoDnevne potrebe za gvožžñemñem•Prosečna dnevna potreba 1,7 mg•Muškarci i žene u postmenopauzi 1 mg•Žene u reproduktivnom periodu 2 mg•Trudnice, dojilje 3-4 mg
Izvori gvožña•Iz životinjskih namirnica hemsko gvožñe•Iz biljnih namirnica nehemsko gvožñe
Dnevni unos gvožña putem hrane 10-20 mgApsorpcija 5-10 % 1 mg
ApsorpcijaApsorpcija gvogvožžñaña
Apsorpcija gvoApsorpcija gvožžña u ña u enterocitimaenterocitima
HemskoHemsko gvogvožžñeñeNehemskoNehemsko gvogvožžñeñe
Transport gvoTransport gvožžña kroz ña kroz apikalnuapikalnummembranuembranu
Apsorpcija feri oblikaPod dejstvom hrane se vrši redukcijaRedukcija i sa feri reduktazom mikrovila
TransporterTransporter DMT1DMT1FeriFeri reduktazareduktaza
Transport gvoTransport gvožžña kroz ña kroz bazolateralnubazolateralnumembranumembranu
Transporter Transporter FeroportinFeroportinHefestinHefestin ((ferofero oksidaza)oksidaza)
Apsorpcija gvožña
Tri mehanizma apsorpcije na apikalnojmembrani enterocita
1. Hemsko gvožñe fero oblik2. Nehemsko gvožñe feri oblik Fe(III)3. Nehemsko gvožñe fero oblik Fe(II)
Apsorpcija gvožña: hemsko gvožñe
• Hemsko gvožñe - fero oblikHb dejstvom proteaze → Hem + globin
• Hem lako prolazi membranu– Ne utiču sastojci hrane– Aktivan proces– Nepoznat transporter
U enterocitimaHem → Fe2+
Dejstvo hem-oksigenaze
Apsorpcija hema
• Transport fero jona u enterocit kroz apikalnu membranu
Integralni membranski transportni proteini• DMT 1 divalentni metalni transporter 1 ili
Nramp2• Na plazma membrani i na endozomima• Najveći deo jona Fe se transportuje sa DMT1• DMT 1 je protein simporter• DCT1 divalentni katjonski transporter• DMT1 i za Mn, Cu, Co, Zn, Cd i Pb
Apsorpcija gvožña: nehemsko gvožñe
Transport fero jona iz enterocitaTransport Fe kroz bazolateralnu membranu
Efluks Fe iz:• Enterocita• Hepatocita• Ćelije RES jetre, slezine, koš srži
Feroportin • Gen fpn (1 feroportin 1 gen) • Mutacijom ovog gena dolazi do razvoja hipohromne
anemije
Hefestin– Aktivan u transportu Fe kroz bazolateralnu
membranu– Oksidacije fero u feri oblik ferioksidazna aktivnost – homolog ceruloplazmina
Transport Fe kroz bazolateralnu membranu
Različiti mehanizmi
U ćelijama kripti•prekurzorske ćelije imajuulogu senzora
• Primaju informacije opotrebama organizma za Fe
U enterocitima
Prikaz ćelija ključnih za održavanje homeostaze gvožña i mehanizama efluksa
Uloga Uloga transferinatransferina u transportu gvou transportu gvožžñaña
Transferin Fe3+
Transport gvožña
Transportni protein transferin• vezuje Fe(III)• Oksidacija fero jona u feri sa
ceruloplazminom (fero-oksidaza I)• transport Fe iz retikuloendotelnog
sistema, parenhima jetre i koštane srži• 0,1 % Fe (telesnog ) se nalazi u transferinu
Feritini
hemosiderin
Eritrociti(2500 mg)
hemoglobin
Hepatocit
Retikuloendotelnemakrofage
Feritini
hemosiderin
Gubitakmenstruacijom(1-2 mg/d)Hemodijaliza(6 mg/d)
Eritropoetin
Gastrointestinalna apsorpcija (1-2 mg/d)
Druga tkiva(250 mg)Mioglobin, tkivni enzimi
Transferin (plazma)(4 mg)
Koštanasrž
Transport Fe -transferinom
Transport gvožña
• Polipeptid sa ugljovodoničnim bočnim lancima (promenljivi) 6 %
• Apotransferin - glikoprotein dva globularna domena dva mesta vezivanja Fe
• Veliki afinitet za Fe• Poluživot 8 dana• sinteza u jetri
– deficijencija Fe → sinteza ↑– opterećenje Fe → sinteza ↓– smanjen transferin kod oboljenja jetre
• u cirkulaciji: aferi, mono i diferi oblik transferina• Polimorfizam transferina
Transport gvožña– 1/3 transferina zasićena kao Fe(III)UIBC - rezervni nezasićeni kapacitet vezivanja Fe(unsaturated iron binding capacity)TIBC - ukupni kapacitet vezivanja Fe(total iron binding capacity)Saturacija transferina (TSf%)TS = 100 x ukupno serumsko Fe/ TIBC
Referentne vrednostiTIBC: 50-70 µmol/L TSf%: 30-40%TSf% < 15 % deficijencija FeTSf% > 60 % višak Fe
Preuzimanje Fe iz transferina
• Transferinski receptori• 2 tipa TfR1 i TfR2• Najviše TfR1 na prekurzorskim ćelijama
eritrocita• Razlike u afinitetu za transferin i regulaciji
ekspresije• TfR2 manji afinitet za holotransferin• Važna uloga u jetri
Ćelijski transferinski receptori
– Transmembranski glikoprotein– dimeri - dve subjedinice vezane sa dva disulfidna mostaMonomer transferinskog receptora se sastoji od:1. aminoterminalnog citoplazmatskog dela (61 AK)
• intracelularna razmena • peptidni deo- signal za endocitozu
2. transmemranskog dela (28 AK)• hidrofobne AK• signalni peptid za translokaciju kroz ER
3. ekstracelularnog dela (671 AK)• N - i O- sijalinizirani glikani• interakcija receptora i transferina
Receptor dimer: dva molekula transferina (4 Fe)
Funkcija ćelijskih transferinskih receptora
• Receptor-posredovana endocitoza• Afinitet receptora za ligand:• od Fe na transferinu
atransferinmonotransferindiferi-transferin
Distribucija receptora• eritroidni prekurzori koštane srži (75 % ukupnih
receptora)• jetra• placenta
TransferinskiTransferinski ciklusciklusSolubilniSolubilni transferinskitransferinski receptorireceptori
Solubilni transferinski receptori
• Cirkulisuci receptori• Rastvorljivi oblik receptora• Nema citoplazmatskog i transmembranskog dela• Sadrži jednu receptorsku subjedinicu
Klinički značaj odreñivanja sTfR• Količina rastvorljivog receptora u serumu proporcionalna
je Fe u tkivu• sTfR odražava status funkcionalnog Fe• Deficijencija gvožña → broj receptora ↑• Odnos broja transferinskih receptora/feritin u serumu
Šupljina za gvožñe Fe3+
Fe3+
H – Teške subjedinice
L - Lake subjedinice
Deponovanje gvoDeponovanje gvožžñaña
Forme deponovanog gvoForme deponovanog gvožžñaña::FeritinFeritin
HemosiderinHemosiderin
Mesta deponovanja gvoMesta deponovanja gvožžñaña•• hepatocitihepatociti jetrejetre•• makrofagemakrofage RESRES
Serumski Serumski feritinferitin
Feritin– stvara se intracelularno – izolovanje slobodnog Fe– apoferitin proteinska školjka – vezuje Fe(III) 25 % težine– polimer 24 apoferitinske subjedinice – izoferitini ( kisele subjedinice H i bazne L)– apoferitin pentagonalni dodekaedar – prečnik 13 nm, unutrašnja šupljina 7nm– micele ferioksihidroksida – na površini 6 pora za prolaz Fe(II) jona
Hemosiderin
• Nerastvorni kompleksni derivat feritina• delimično deproteinizovan i agregiran• granule dijametra 1-2 um• bojenje Prusian plavim, pod mikroskopom• proteinski omotač potiče od apoferitina
(lizozomalnom proteolizom)• sadržaj Fe veći, ali mobilizacija je spora
HomeostazaHomeostaza gvogvožžña ña –– deponovanje gvodeponovanje gvožžñaña
Mesta deponovanja Mesta deponovanja gvogvožžñaña•• hepatociti hepatociti jetrejetre•• makrofagemakrofage RESRES
Serumski Serumski feritinferitin
Izlučivanje gvožña
• Dnevni gubitak 1 mg• Proces izlučivanja nije kontrolisan• Gubitak Fe
– iz intestinalne mukoze deskvamacijom ćelija– urinom minimalno– znojem
Žene:• menstruacijom 6 mg mesečno• u toku trudnoće dnevno 1,5 mg na fetus i placentu• porodjaj i laktacija
Regulacija Regulacija homeostazehomeostaze gvogvožžñaña
• Sistemska regulacija– Hepcidin– HFE hereditarni hemohromatozni protein
• Ćelijska regulacija na nivou sinteze proteina– Transkripcije– Post-transkripcionih modifikacija– Translacije
Kontrolni mehanizmi preuzimanja Fe
• Proteini – kontrolori-apsorpcije Fe iz hrane
- apsorpcije transferinskog Fe od strane perifernih ćelija• U skladu sa potrebama organizma • Dva solubilna proteina: HFE i Hepcidin• Inhibitorni efekat na preuzimanje Fe• Lokalizacija
– kripte enterocita– RES jetre i slezine
Kontrolni mehanizmi preuzimanja Fe
Hepcidin• Mali solubilni peptid• Ekspresija u vezi sa telesnim statusom gvožña• Sintetiše se u jetri• Signalni molekul statusa Fe• Negativni modulator oslobañanja Fe iz enterocita i
makrofaga• Hepcidin se vezuje za transportni protein feroportin,
posle toga se on uklanja i degradira• Feroportin je receptor za hepcidin• Feroportin je kanal kroz koji joni Fe prelaze u plazmu• Hepcidin zatvara ovaj kanal
Uloga Uloga hepcidinahepcidina u regulaciji gvou regulaciji gvožžña u organizmuña u organizmu
Uticaj statusa Fe na hepcidin u organizmu
Fe u organizmu Sinteza hepcidina u jetri
Ekspresija u intestinumu Ekspresija u RES
Preuzimanje Fe Akumulacija Fe
Fe u cirkulaciji
Delovanje hepcidina na molekule feroportina makrofaga i enterocita, kod zdravih osoba. Deficit hepcidina dovodi do nekontrolisanog oslobañanja gvožña, kod hereditarne hemohromatoze.
Anemija u Anemija u inflamacijiinflamaciji: uloga : uloga hepcidinahepcidina
IL-6
Kontrolni mehanizmi preuzimanja Fe
HFE hereditarni hemohromatozni protein
Funkcija• Inhibicija preuzimanja Fe
Mutacija na hromozomu 6
Smanjena ekspresija na enterocitima ↓
Nagomilavanje Fe (hemohromatoza)
HFE proteinhereditarni hemohromatozni protein
Ključni element regulacije homeostaze Fe Obezbeñuje kontrolu fluktuacije Fe u ćelijamaintestinuma i makrofagaSignalni molekul statusa Fe u organizmu
Nedostatak HFE dovodi do:Povećane apsorpcije Fe u intestinumuSmanjenja Fe u makrofagama
HFE proteinhereditarni hemohromatozni protein
HFE pri pH 7.5 gradi stabilan kompleks satransferinskim receptorom
Vezivanje HFE sa TfR dovodi do:
– konformacionih promena na receptoru– smanjenog afiniteta receptora za transferin– kompetetivne inhibicije izmeñu transferina i HFE
proteina
Regulacija Regulacija homeostazehomeostaze gvogvožžñaña
• Sistemska regulacija– Hepcidin– HFE hereditarni hemohromatozni protein
• Ćelijska regulacija na nivou sinteze proteina– Transkripcije– Post-transkripcionih modifikacija– Translacije
Kontrola procesa sinteze proteina važnih za homeostazu Fe
Regulacija na nivou sinteze:
• Transportnih proteina DMT 1, feroportina
• Regulatornih proteinaHepcidina, HFE
• Transferinskih receptoraTfR
• Depo oblika Fe Feritina
Kontrola procesa sinteze proteina važnih za homeostazu Fe
i RNK sadrže na 5’ i 3’ kraju segmenteIRE - iron responsive elements (Fe - osetljivi elementi)Vezuju se odreñeni ligandi• Kontrola inicijacije translacije ili • Kontrola njihove stabilnostiLigandi u citozolu koji se vezuju za IRE:IRP (iron-regulatory proteins)Fe – regulatorni proteini (IRP 1 i IRP 2)IRE postoji na i RNK feritina, feropontina, DMT 1, TfR IRP za 5’-kraj: blokira se inicijacija translacijeIRP za 3’-kraj: stabilizuje se struktura iRNK
ĆĆelijska regulacija gvoelijska regulacija gvožžña na nivou sinteze proteinaña na nivou sinteze proteina
Regulacija nivoa gvožña u organizmu:sinteza feritina i transferinskih receptora