Студопедия

Главная страница Случайная страница

Разделы сайта

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






Марганец






Железо

В организме взрослого человека содержится 3-5 г железа, причём наибольшее его количество (2/3) приходится на гемоглобин, 4, 5% – на миоглобин и только 2% находится в ферментах, которые «работают» с молекулярным кислородом (отдельные цитохромы, диоксигеназы, гидроксилазы, NO-синтаза) или пероксидом водорода (пероксидазы, каталазы).

Железо находится в различных соединениях либо в 2-х, либо в 3-х-валентной форме. Оно может быть геминовым (в составе гема и других порфиринов) либо негеминовым (в составе фермента аконитазы и железо-серных белков – основной части комплексов ферментов тканевого дыхания).

Роль железа. Железо – важнейший микроэлемент. Оно принимает участие в следующих процессах:

· в транспорте кислорода (в составе гемоглобина);

· в связывании и депонировании кислорода (в составе миоглобина);

· в транспорте электронов в дыхательной цепи (в составе цитохромов);

· в окислительно-восстановительных реакциях (является составной частью некоторых оксидоредуктаз), реакциях гидроксилирования (в составе цитохрома Р450), реакциях обезвреживания пероксида водорода (в составе каталазы и пероксидаз)..

Всасывание и депонирование железа. Железо всасывается в верхней части тонкого кишечника. При возрастании потребности в этом микроэлементе его способность всасываться значительно увеличивается. В пище железо находится обычно в окисленной форме. Однако гораздо легче резорбируется Fe2+. Витамин С (а также SH-группы белков пищи) переводит железо в способную всасываться восстановленную форму, тем самым предохраняя организм от заболевания железодефицитной анемией. Фосфаты тормозят энтеральное всасывание железа путём образования с ним нерастворимых комплексов. Прочные комплексы с железом образуют фитаты, содержащиеся в зерновых растениях, поэтому столь нередко наблюдаются железо-дефицитные состояния у вегетарианцев.

Всасывание железа осуществляется в 3 этапа:

· поступление из просвета кишечника в клетки слизистой;

· внутриклеточный транспорт ферментными системами энтероцита;

· передача железа в плазму крови.

Из просвета кишечника свободное железо захватывается муцином слизистой, который растворяет железо и благодаря этому делает возможным его всасывание. Интегрин на поверхности мембраны щёточной каёмки (рис.14.5) облегчает транспорт железа через апикальную мембрану энтероцита, после чего этот микроэлемент связывается с челночным протеином – мобилферрином. Мобилферрин «собирает» железо изо всех отсеков цитозоля и переносит в плазму крови. Каким образом транспортируется железо из базальной мембраны в плазму крови на белок трансферрин, ещё не совсем ясно. Возможно, это осуществляется с помощью интегрина.

Рис.14.5. Всасывание ионов железа из кишечника в кровь.

 

После высвобождения железа из клеток слизистой оболочки кишечника оно окисляется Сu-содержащим ферментом церулоплазмином. В плазме крови окисленное железо (Fe3+) связывается с белком апотрансферрином – образуется трансферрин (сидерофилин). Связывание железа с белками необходимо потому, что 3-х валентное железо в водной среде обладает ограниченной растворимостью и при физиологических значениях рН оно склонно к полимеризации.

В крови железо находится только в составе трансферрина, содержание которого составляет 70-180 мг/100 мл плазмы (26-42 мкмоль/л).

Железотранспортирующий белок трансферрин является гетерогенным гликопротеином, который перемещается при электрофорезе в составе β -глобулинов. Каждая молекула этого белка связывает 2 атома Fe3+. Наряду с функцией транспортёра железа трансферрин в крови играет роль буфера для защиты тканей от токсического действия свободных ионов железа; он уменьшает, кроме того, выведение железа с мочой.

Трансферрин после связывания со специфическим мембранным рецептором поступает вместе с ним в клетку.

Мембранный рецептор к трансферрину состоит из 2-х идентичных частей с молекулярной массой около 90 кД. N-терминальный участок рецептора (61 аминокислота) находится в цитоплазме. В гидрофобном трансмембранном сегменте заключена С-терминальная часть (671 аминокислота). Два белковых фрагмента рецептора ковалентно сшиты между собой (S–S). Поступивший в клетку комплекс «трансмембранный рецептор + трансферрин» не разрушается внутриклеточными протеазами. После освобождения железа трансферриновому рецептору удаётся вернуться в плазматичесукю мембрану. Одновременно из клетки высвобождается апотрансферрин (см. тот же рис.)

Основное количество связанного с трансферрином железа поставляется в костный мозг для синтеза гемоглобина, значительно меньшая часть используется для биосинтеза ферментов или запасается в депо.

2/3 трасферрина плазмы свободно от железа (апотрансферрин) и характеризует латентную железосвязывающую ёмкость. Сумма «связанное железо плазмы + апотрансферрин» обозначается как общая железосвязывающая ёмкость плазмы крови.

Если содержание железа в клетках увеличивается, то челночный белок мобилферрин передаёт железо ферритину для депонирования. Это необходимо осуществить во избежания окислительного повреждения клетки ионизированным железом.

Ферритин – депо железа. Он имеется в клетках печёночной паренхимы, в ретикулоэндотелиальных клетках костного мозга, селезёнки и печени. Ферритин – это белок апоферритин, связанный с Fe3+.

Апоферритин состоит из 24 субъединиц, формирующих 6 каналов, через которые в центральную часть молекулы поступают ионы железа. 1 молекула белка может заключать в себе до 4, 5 тысяч атомов железа. Ферритин способен запасать до 23% (от своей массы) железа в виде фосфата или гидроксида.

 

Рис.14.6. Высвобождение ионов железа из ферритина

 

Железо может быть снова использовано только после распада ферритина, для чего оно перед своим высвобождением должно снова превратиться в Fe2+. Этот процесс осуществляется ферритинкиназой. Освобождённое Fe2+ окисляется Cu-содержащими ферментами феррооксидазой 1 (церулоплазмин) и феррооксидазой 2.

Количество ферритина в крови прямо коррелирует с имеющимся запасом железа. Поэтому определение плазменного ферритина является наилучшим индикатором для оценки баланса железа в организме. Однако заметим, что эта корреляция нарушается при повреждении печени, хроническом воспалении и инфекциях, при росте злокачественных новообразований.

При заполнении депо железа (ферритина) микроэлемент откладывается в видене растворимого в воде комплекса – гемосидерина, который может накапливать до 35% (от своей массы) гидроксида железа, образуя в клетках видимые в микроскоп гранулы. В состав гемосидерина входят также нуклеотиды, липиды и углеводы. Из обоих депо железо будет поступать в кровь при кровопотерях и повышенном эритропоэзе, однако из гемосидерина металл мобилизуется намного медленнее.

Выведение железа из организма. Физиологические потери железа, в основном при десквамации эпителия, незначительны. Металл выводится также с мочой, желчью и слюной.

Особенностью обмена железа является неспособность организма выделять (экскретировать) его большие количества. В норме имеется чёткое соответствие между всасываемостью железа и его выведением. Большой дефицит железа возникает вследствие кровопотери: с 1 мл крови теряется около 0, 5 мг железа (при концентрации гемоглобина от15г/100мл); при менструации (25-60 мл) – 12-30 мг железа, при родах – значительно больше.

Регуляция внутриклеточного обмена железа. В гемоглобинсинтезирующих ретикулоцитах костного мозга поступление, накопление и внутриклеточный обмен железа определяются совместным действием рецептора трансферрина, ферритином и синтазой δ –аминолевулиновой кислоты (ключевой фермент синтеза гемоглобина). Особую роль в этих процессах играет железо-серный белок (ES-BP), идентичный аконитазе. При низкой концентрации железа в клетке ES-BP связывается с определённым участком матричной РНК рецептора трансферрина, индуцируя тем самым синтез последнего. В результате содержание рецепторов трансферрина в клетке увеличивается и становится возможным дополнительный захват железа клеткой.

Нарушения обмена железа.

Дефицит железа. Недостаток железа может возникать при потреблении бедной железом пищи, нарушениях всасывания и хронических кровопотерях. Результатом является расстройство синтеза гемоглобина (железодефицитная анемия) с пониженным его содержанием в эритроцитах (гипохромная анемия); нарушаются также все другие метаболические процессы, в которых принимает участие железо.

Анемия – наиболее распространённое заболевание у человека. Вероятно, им страдает не менее 20% населения земного шара. Состояние дефицита железа можно лечить пероральной дачей препаратов двухвалентного железа, особенно в сочетании с витамином С.

Перегрузка железом. Избыточное отложение железа в клетках регистрируется при неадекватном его поступлении в организм (переливание крови) или снижения интенсивности выделения (гемолиз эритроцитов) из организма. Излишнее железо будет запасаться в виде гемосидерина в ретикулоэндотелиальной ткани или в паренхиматозных клетках печени и селезёнки. Увеличение накопления железа без повреждения тканей называется гемосидерозом, с их повреждением – гемохроматозом.

Гемосидероз часто наблюдается при алкогольном повреждении печени.

Идиопатический гемохроматоз – врождённый генетический дефект (предположительно клеток слизистой тонкого кишечника), при котором чрезмерно повышено всасывание железа. Это приводит к повышенному отложению гемосидерина в печени (развитие цирроза), поджелудочной железе (диабет, diabetes mellitus), селезенке, сердце и других органах (гемосидероз). Клинически заболевание проявляется пигментацией кожи, гепатомегалией и развитием сахарного диабета. Болезнь развивается долгие годы. Пациентов лечат путём кровопускания и назначением хелатирующих препаратов, препятствующих всасыванию железа.

Суточная потребность. Пищевые источники.

Ежедневная потребность в железе для взрослых составляет 1-2 мг. Однако у здорового человека всасывается лишь около 10% содержащегося в рационе питания железа, поэтому для предотвращения дефицита этого микроэлемента в организме необходимо потреблять 10-кратно большее его количество. Повышена потребность в железе у беременных (2-4 мг), подростков (1, 5-2 мг) и малышей (9-27 мг).

Источником железа для организма целей являются пищевые продукты, а также железо, освобождающееся при постоянном распаде эритроцитов в клетках печени и селезёнки (около 25 мг/сутки).

Из пищевых продуктов лучшим поставщиком железа является мясо. Железо, содержащееся в рыбных продуктах, всасывается в 2 раза хуже. Фасоль хотя и богата этим микроэлементом, но он трудно усваивается.

 

Медь

Медь содержится во всех тканях организма. Общее количество меди у человека – 40-80 мг.

Всасывание и транспорт. Всасываясь из слизистой кишечника, медь в портальном кровотоке адсорбируется альбуминами и транскупреином (белок 270 с молекулярной массой 270 кД) и поступает в печень – центральный орган обмена меди. В печени металл может либо запасаться, либо включаться в Cu-содержащие ферменты, либо поступать в плазму крови и связываться с церулоплазмином. Транспорт меди через плазматические мембраны и мембраны субклеточных компартментов гепатоцита осуществляется АТФ-зависимой Cu-транспортирующей системой (медный насос).

Концентрация меди в сыворотке крови составляет 80-140 мкг/100мл (13-23 мкмоль/л). В норме практически весь металл прочно связан с церулоплазмином2-глобулин). Церулоплазмин, как и почти все медь-содержащие белки, имеет голубую окраску. Он обладает оксидазной активностью, окисляя аскорбиновую кислоту, адреналин, диоксифенилаланин и некоторые другие соединения.

Медь из печени секретируется в желчный пузырь и удаляется через кишечник. Наряду с этим незначительное количество меди выделяется с мочой.

Роль меди в обмене веществ.

Благодаря высокому редокс-потенциалом, медьсодержащие оксидазы способны переносить электроны на молекулу кислорода. Медь включена в состав таких ферментов как цитохромоксидаза (фермент дыхательной цепи), моноаминоксидаза (обезвреживание биогенных аминов), церулоплазмин, каталаза (обезвреживание пероксида водорода), тирозиназа (синтез меланина) и супероксиддисмутаза (обезвреживание супероксидного радикала кислорода), лизилоксидаза (синтез коллагена и эластина).

Церулоплазмину (феррооксидазе 1) принадлежит ведущая роль во взаимосвязи обмена меди и железа.

Нарушения обмена меди.

Генетический дефект медного насоса. При этой врождённой патологии медь в избытке накапливается в печени, нарушая её функцию.

Гепато-лентикулярная дегенерация (болезнь Вильсона ) – редкое аутосомно-рецессивное наследственное заболевание. У больных отмечается чрезмерно интенсивное всасывание меди, в то время как концентрация церулоплазмина в крови снижена. В силу того, что не вся медь может быть связана церулоплазмином, она в избыточных количествах аккумулируется в печени и откладывается в мозге. Особенно много металла накапливается в базальных ганглиях, что приводит к дегенеративным изменениям в них и сопровождается расстройством координации движений. Отложение меди в радужке характеризуется появлением в ней золотистого, желто-коричневого или зелёного ореола.

Терапия болезни сводится к уменьшению потребления меди с пищей; показан приём препаратов, связывающих медь и препятствующих её всасыванию.

Нейродегенеративная болезнь Минкеса. При этом врождённом заболевании снижается активность ряда медь-содержащих ферментов: дефицит ДОП-амин-β -гидроксилазы приводит к прогрессирующей дегенерации нервов, дефицит тирозиназы – к гипопигментации (альбинизм), лизилоксидазы – к дефектам соединительной ткани (дряблая кожа). Отмечается преждевременная смерть

Суточная потребность. Пищевые источники.

Ежедневная потребность в меди составляет 2-3 мг. При недостатке меди в рационе может наблюдаться клиническая картина железо-дефицитной анемии, так как медь непосредственно участвует в метаболизме железа (см. выше). Такая железодефицитная анемия далеко не всегда может быть вылечена назначением железа.

Основными пищевыми источниками меди являются рыба, печень, ржаной хлеб, чёрная смородина.

Цинк

В организме человека содержится 2-3 г цинка. Из этого количества 99% находится внутри клеток. Наиболее высокие концентрации металла обнаружены в β -клетках поджелудочной железы, где он принимает участие в депонировании инсулина, в предстательной железе и яичках (а также в сперме, выполняя роль стабилизатора хроматина), в радужной и сетчатой оболочке глаза (кофактор ретинолдегидрогеназы).

Всасывание и транспорт. Цинк всасывается в тонкой и подвздошной кишках. В крови он связывается с белками плазмы, в основном с альбуминами, которые поставляют этот микроэлемент в ткани, а также с α 2-макроглобулином. Концентрация цинка в плазме составляет 100-140 мкг/100 мл (15-20 мкмоль). Основное количество (75%) цинка крови приходится на эритроциты (он входит в состав карбангидразы), в лейкоцитах содержится 3% (щелочная фосфатаза).

Уровень плазменного цинка подчиняется циркадным ритмам. В регуляции его содержания принимают участие глюкокортикоиды, стимулирующие передачу металла в печень, а также интерлейкины (1-й и 6-й), способствующие переходу цинка в ткани и тем самым приводящие к падению его концентрации в плазме.

Выделение цинка из организма происходит преимущественно со стулом.

Участие в метаболизме.

Цинк является незаменимой составной частью или кофактором более 300 ферментов (панкреатической карбоксипептидазы, глутамат, - малат, лактат-дегидрогеназ, алкогольдегидрогеназы, щелочной фосфатазы, карбангидразы и др). Различают 2 способа его действия: 1/ образуя координационные связи, он может прочно удерживать субстрат и активизировать его для протекания ферментативной реакции; 2/ путём образования координационных связей он может стабилизировать четвертичную структуру белков и удерживать аминокислотные цепи в порядке, благоприятном для химического катализа.

Цинк является составной частью ДНК-связывающих белков. В этих белках имеются определённые домены, ответственные за связывание с ДНК. Архитектурная трёхмерная структура этих доменов представляет собой «цинковый палец»: атом Zn 2+ образует координационные связи с остатками цистеина или цистеин-гистидина, на «пальце» локализуются наиболее вероятными места (серые шарики) связывания с ДНК.

Цинк служит стабилизатором мембран.

Цинк является биологическим активатором тимулина – пептида, ответственного за стимуляцию активности Т-лимфоцитов.

 

Рис. 14.7. Домен ДНК-связывающего белка с цинковыми «пальцами».

 

Нарушения обмена цинка.

При врождённом дефиците цинка – энтеропатический акродерматит – отмечаются изменения кожи (образование везикул и пустул) вследствие нарушенной проницаемости базальных клеток, а также гастроинтестинальный синдром. В основе заболевания лежит генетический дефект цинк-транс-портирующей системы в клетках слизистой оболочки кишечника, что влечёт за собой нарушение всасывания и падение концентрации микроэлемента в крови. Заболевание лечат заместительной терапией цинком

Приобретённый дефицит цинка (при остром воспалении, заболеваниях кишечника, печени и др.) приводит к расстройствам гуморального и клеточного иммунного ответа, нарушению барьерной функции кожи, бесплодию, импотенции и выпадению волос. Развивается «куриная слепота», снижается обоняние.

Суточная потребность. Пищевые источники.

Суточная потребность в цинке составляет 10-15 мг. При полноценном питании дефицит цикла не наблюдается, но при вегетарианской диете всасывание цинка снижается из-за образования нерастворимых его соединений с фитатами зерновых.

Хронический дефицит цинка с младенческого возраста приводит к развитию болезни Прасада, типичным проявлением которой является карликовый рост и гипогонадизм.

Селен

Селен является дефицитным микроэлементом, к тому же – абсолютно незаменимым.

Роль в метаболизме.

Селен – мощный антиоксидант. Свою функцию «защитника» от свободнорадикальной деструкции тканей и жидкостей организма он может выполнять как самостоятельно (например, защищая SH-группы от окисления), так и в составе глутатиопероксидазы (металл входит в её активный центр). Глутатионпероксидаза является важнейшим звеном ферментативной антиоксидантной системы организма, обезвреживающий перекиси липидов, которые образуются в реакциях ПОЛ клеточных мембран.

Селен – составная часть тироксин-5-дейодазы, обеспечивающей синтез трииодтиронина. Таким образом, селен наряду с йодом принимает участие в метаболизме гормонов щитовидной железы.

Селен – классический антиканцероген, что объясняется его антиоксидантными свойствами.

Суточная потребность. Пищевые источники.

Ежедневно в организм должно поступать100 мкг селена, доза до 500 мкг в сутки не превышает безопасный для здоровья уровень, но свыше 1500 мкг может быть токсичной. Описаны случаи отравления селеном животных, выпас которых производился на территориях с высоким содержанием селена в почве.

Селенодефицитный рацион у животных приводит к дистрофии скелетных мышц и миокарда, отёкам, бесплодию, облысению. У человека хроническая недостаточность селена проявляется кардиомиопатией, способной провоцировать приступы стенокардии и инфаркт миокарда. Нередко дисфункция щитовидной железы связана не с недостаточность йода, а с дефицитом селена в организме.

В Беларуси отмечена недостаточность селена в пищевом рационе; значительно снижено содержание селена в молоке кормящих женщин.

Основными источниками селена в питании являются печень, почки, яйцо, морская рыба, моллюски, ракообразные. Для всасывания селена в кишечнике необходим метионин, которым богат творог.

Марганец

В организме содержится 10-15 мг марганца, что составляет 1/5 часть содержания меди и 1/100 – цинка.

Всасываясь из кишечника, марганец связывается в крови с β -глобулинами, быстро захватывается тканями и в них – митохондриями. Ткани, богатые митохондриями, имеют поэтому повышенные концентрации Мn.

Участие в метаболизме.

Роль Mn2+ в метаболизме достаточно многогранна:

· активирование ферментов глюконеогенеза – пируваткарбоксилазы и фосфоенолпируваткарбоксикиназы

· активирование аргиназы (фермент синтеза мочевины)

· активирование изоцитратдегидрогеназы цикла Кребса

· марганец входит в состав активного центра митохондриальной Mn2+ -супероксиддисмутазы – важнейшего фермента антиоксидантной защиты митохондрий

· играет важную роль в обмене хрящевой и костной тканей, участвуя в синтезе мукополисахарид-белковых комплексов (протеогликанов).

Марганец, как 2-х валентный катион, может заменять Мg++ во многих реакциях, в частности, в ДНК-полимеразной при синтезе молекулы ДНК. Однако такая замена неравноценна: синтез ДНК при этом осуществляется быстро, но с многочисленными ошибками.

Нарушения обмена.

Недостаточность марганца у человека не описана. У животных его дефицит ведёт к задержке роста и нарушению полового созревания, а также к деформации скелета из-за нарушения Mn2+-зависимого метаболизма костной ткани.

Отравление марганцем возможно при вдыхании его паров. Развивается симптоматика нарушения корковых (расстройство психической деятельности) и подкорковых центров.






© 2023 :: MyLektsii.ru :: Мои Лекции
Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
Копирование текстов разрешено только с указанием индексируемой ссылки на источник.