Metabolizam gvožđa kod čoveka

Metabolizam gvožđa kod čoveka je set hemijskih reakcija koje održavaju ljudsku homeostazu gvožđa na sistemskom i ćelijskom nivou. Gvožđe je neophodno telu, ali je isto tako potencijalno toksično, i kontrolisanje nivoa gvožđa u telu je od kritične važnosti za mnoge aspekte ljudskog zdravlja i sprečavanje bolesti. Hematolozi imaju poseban interest u sistemski metabolizam gvožđa jer je ono esencijalno za crvena krvna zrnca, u kojima je najveći deo gvožđa u ljudskom telu sadržan. Razumevanje metabolizma gvožđa je isto tako važno za razumevanje bolesti usled prezasićenosti gvožđem, kao što je nasledna hemohromatoza, i deficijencije gvožđa, kao što je anemija deficijencije gvožđa.

Dijagram prikazuje generalizovani pregled ćelijske homeostaze gvožđa kod ljudi. Unos gvožđa se može odvijati putem endocitoze transferinskim receptorom 1 ili putem importera fero gvožđa DMT1 i ZIP14, kojima je neophodna aktivnost reduktaza gvožđa kao što su STEAP2, SDR-2 i Dcytb. Intraćelijsko gvožđe može da bude uskladišteno u feritinu, korišteno za biosintezu proteina, ono može da učestvuje u formiranju reaktivnih kiseoničnih vrsta (ROS) i ono može da učestvuje u regulaciji transkripcije posredstvom IRP1/2. Eksport se odvija kroz feroportin, čemu često pomaže hefaestin (Hp) i/ili ceruloplasmin (Cp), a zaustavlja hepcidin.

Značaj regulacije gvožđaУреди

 
Strukture Hema B; Fe je hemijski simbol za gvožđe, II označava njegovo oksidaciono stanje.

Gvožđe je esencijalni bioelement za većinu formi života, od bakterija do sisara. Njegov značaj leži u njegovoj sposobnosti da posreduje transfer elektrona. U svom fero stanju, gvožđe deluje kao donor elektrona, dok u feri stanju deluje kao akceptor. Stoga, gvožđe ima vitalnu ulogu u katalizi enzimatskih reakcija u kojima dolazi do elektronskog transfera (redukciji i oksidaciji, redoks). Proteini mogu da sadrže gvožđe kao deo različitih kofaktora, kao što su gvožđe sumporni klasteri (Fe-S) i hem grupe, koji se formiraju u mitohondrijama.

Ćelijska respiracijaУреди

Ljudskim ćelijama je neophodno gvožđe da bi mogle da dobijaju energiju u vidu ATP molekula u višestepnom procesu poznatom kao ćelijska respiracija, specifičnije iz oksidativne fosforilacije u mitohondrijskim kristama. Gvožđe je prisutno u gvozdeno-sumpornim klusterima i hem grupama u proteinima lanca transporta elektrona koji generišu protonski gradijent čime se omogućava ATP sintazi da sintetiše ATP (hemiosmoza).

Hem grupe su deo hemoglobina, proteina prisutnog u crvenim krvnim zrncima koji učestvuje u transportu kiseonika od pluća do tkiva. Hem grupe su isto tako prisutne u mioglobinu kojim se skladiđti i difuzno prenosi kiseonik u mišićnim ćelijama.

Kiseonikčni transportУреди

Ljudskom telu je neophodno gvožđe za transport kiseonika. Kiseonik (O2) je potreban radi funkcionisanja i opstanka skoro svih ćelijskih tipova. Kiseonik se transportuje iz pluća do ostatka tela vezan za hem grupu hemoglobina u eritrocitima. U mišićnim ćelijama, gvožđe je vezano u mioglobinu, koji reguliše njegovo oslobađanje.

ToksičnostУреди

Gvožđe je isto tako potencijalno toksično. Njegova sposobnost da donira i prima elektrone znači da ono može da katalizuje konverziju vodonik peroksida u slobodne radikale. Slobodni radikali mogu da naprave štetu u raznim ćelijskim struktura, i ultimatno da dovedu do smrti ćelije.[1]

Gvožđe vezano za proteine ili kofaktore kao što je hem je bezbedno. Takođe, virtualno ne postoje potpuno slobodni joni gvožđa u ćeliji, pošto oni s lakoćom formiraju komplekse sa organskim molekulima. Međutim, deo intraćelijskih jona je vezan u niskoafinitetnim kompleksima, i naziva se labilnim gvožđem ili „slobodnim” gvožem. Gvožđe u takvim kompleksima može da urokuje štetu kao što je gore opisano.[2]

Da bi se sprečila takva vrsta štete, sve životne forme koje koriste gvožđe vezuju atome gvožđa za proteine. Ovo vezivanje omogućava ćelijama da koriste gvožđe uz istovremeno ograničavanje njegove sposobnosti da nanosi povrede.[1][3] Tipično su intraćelijske koncentracije labilnog gvožđa kod bakterija na nivou od 10-20 mikromola,[4] mada one mogu da budu deset puta veće u anaerobnom okruženju,[5] gde su slobodni radikali i reaktivne kiseonične vrste ređe. U ćelijama sisara, koncentracije intraćelijskog labilnog gvožđa su tipično manje od 1 mikromola, što je manje od 5 procenata ukupnog ćelijskog gvožđa.[2]

ReferenceУреди

  1. ^ а б Conrad ME, Umbreit JN (april 2000). „Disorders of iron metabolism”. The New England Journal of Medicine. 342 (17): 1293—4. PMID 10787338. doi:10.1056/NEJM200004273421716. 
  2. ^ а б Kakhlon O, Cabantchik ZI (2002). „The labile iron pool: characterization, measurement, and participation in cellular processes”. Free Radical Biology and Medicine. 33 (8): 1037—1046. doi:10.1016/s0891-5849(02)01006-7. 
  3. ^ Andrews NC (decembar 1999). „Disorders of iron metabolism”. The New England Journal of Medicine. 341 (26): 1986—95. PMID 10607817. doi:10.1056/NEJM199912233412607. 
  4. ^ Yan Y, Waite-Cusic JG, Kuppusamy P, Yousef AE (januar 2013). „Intracellular free iron and its potential role in ultrahigh-pressure-induced inactivation of Escherichia coli”. Applied and Environmental Microbiology. 79 (2): 722—724. PMC 3553779 . PMID 23124235. doi:10.1128/aem.02202-12. 
  5. ^ Yamamoto Y, Fukui K, Koujin N, Ohya H, Kimura K, Kamio Y (2004). „Regulation of the intracellular free iron pool by Dpr provides oxygen tolerance to Streptococcus mutans.”. Journal of Bacteriology. 186 (18): 5997—6002. PMC 515136 . PMID 15342568. doi:10.1128/jb.186.18.5997-6002.2004. 

LiteraturaУреди

Spoljašnje vezeУреди