56
Predavanja iz kliničke hemije Metabolizam gvožña Prof Vesna Spasojević-Kalimanovska Prof Violeta Dopsaj Farmaceutski fakultet Univerziteta u Beogradu 2009/2010

Fe Metabolizam

  • Upload
    edin

  • View
    104

  • Download
    9

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Odlična prezentacija

Citation preview

Page 1: Fe Metabolizam

Predavanja iz kliničke hemijeMetabolizam gvožña

Prof Vesna Spasojević-KalimanovskaProf Violeta Dopsaj

Farmaceutski fakultetUniverziteta u Beogradu

2009/2010

Page 2: Fe Metabolizam
Page 3: Fe Metabolizam

StrukturaStruktura hemoglobinahemoglobina

αααα1 αααα2

β1 β2Hem

Proteinski deo

••GlobinskiGlobinski lancilanci

Hem

••PorfirinskoPorfirinsko jezgrojezgro••GvoGvožžñeñe

Page 4: Fe Metabolizam
Page 5: Fe Metabolizam

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

Page 6: Fe Metabolizam

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

Page 7: Fe Metabolizam

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

Page 8: Fe Metabolizam

Metabolizam gvožña u organizmu

Page 9: Fe Metabolizam

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

Page 10: Fe Metabolizam

HomeostazaHomeostaza gvogvožžñaña

Page 11: Fe Metabolizam

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)

Page 12: Fe Metabolizam

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

Page 13: Fe Metabolizam

Glavne faze u metabolizmu gvožña

ApsorpcijaTransportDeponovanjeRecirkulacijaIzlučivanje

Page 14: Fe Metabolizam

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

Page 15: Fe Metabolizam

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

Page 16: Fe Metabolizam

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)

Page 17: Fe Metabolizam

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

Page 18: Fe Metabolizam

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)

Page 19: Fe Metabolizam

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)

Page 20: Fe Metabolizam

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

Page 21: Fe Metabolizam

Apsorpcija hema

Page 22: Fe Metabolizam

• 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

Page 23: Fe Metabolizam

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

Page 24: Fe Metabolizam

Transport Fe kroz bazolateralnu membranu

Različiti mehanizmi

U ćelijama kripti•prekurzorske ćelije imajuulogu senzora

• Primaju informacije opotrebama organizma za Fe

U enterocitima

Page 25: Fe Metabolizam

Prikaz ćelija ključnih za održavanje homeostaze gvožña i mehanizama efluksa

Page 26: Fe Metabolizam

Uloga Uloga transferinatransferina u transportu gvou transportu gvožžñaña

Transferin Fe3+

Page 27: Fe Metabolizam

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

Page 28: Fe Metabolizam

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

Page 29: Fe Metabolizam

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

Page 30: Fe Metabolizam

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

Page 31: Fe Metabolizam

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

Page 32: Fe Metabolizam

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)

Page 33: Fe Metabolizam

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

Page 34: Fe Metabolizam

TransferinskiTransferinski ciklusciklusSolubilniSolubilni transferinskitransferinski receptorireceptori

Page 35: Fe Metabolizam

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

Page 36: Fe Metabolizam

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

Page 37: Fe Metabolizam
Page 38: Fe Metabolizam

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

Page 39: Fe Metabolizam

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

Page 40: Fe Metabolizam

HomeostazaHomeostaza gvogvožžña ña –– deponovanje gvodeponovanje gvožžñaña

Mesta deponovanja Mesta deponovanja gvogvožžñaña•• hepatociti hepatociti jetrejetre•• makrofagemakrofage RESRES

Serumski Serumski feritinferitin

Page 41: Fe Metabolizam

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

Page 42: Fe Metabolizam

Regulacija Regulacija homeostazehomeostaze gvogvožžñaña

• Sistemska regulacija– Hepcidin– HFE hereditarni hemohromatozni protein

• Ćelijska regulacija na nivou sinteze proteina– Transkripcije– Post-transkripcionih modifikacija– Translacije

Page 43: Fe Metabolizam

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

Page 44: Fe Metabolizam

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

Page 45: Fe Metabolizam

Uloga Uloga hepcidinahepcidina u regulaciji gvou regulaciji gvožžña u organizmuña u organizmu

Page 46: Fe Metabolizam

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

Page 47: Fe Metabolizam

Delovanje hepcidina na molekule feroportina makrofaga i enterocita, kod zdravih osoba. Deficit hepcidina dovodi do nekontrolisanog oslobañanja gvožña, kod hereditarne hemohromatoze.

Page 48: Fe Metabolizam

Anemija u Anemija u inflamacijiinflamaciji: uloga : uloga hepcidinahepcidina

IL-6

Page 49: Fe Metabolizam

Kontrolni mehanizmi preuzimanja Fe

HFE hereditarni hemohromatozni protein

Funkcija• Inhibicija preuzimanja Fe

Mutacija na hromozomu 6

Smanjena ekspresija na enterocitima ↓

Nagomilavanje Fe (hemohromatoza)

Page 50: Fe Metabolizam

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

Page 51: Fe Metabolizam

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

Page 52: Fe Metabolizam

Regulacija Regulacija homeostazehomeostaze gvogvožžñaña

• Sistemska regulacija– Hepcidin– HFE hereditarni hemohromatozni protein

• Ćelijska regulacija na nivou sinteze proteina– Transkripcije– Post-transkripcionih modifikacija– Translacije

Page 53: Fe Metabolizam

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

Page 54: Fe Metabolizam

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

Page 55: Fe Metabolizam

ĆĆelijska regulacija gvoelijska regulacija gvožžña na nivou sinteze proteinaña na nivou sinteze proteina

Page 56: Fe Metabolizam

Regulacija nivoa gvožña u organizmu:sinteza feritina i transferinskih receptora