Обмін кальцію та заліза

Шпинат пригнічує засвоєння кальцію! Зображення: “Шпинат” Даніели Сегури. Ліцензія: CC BY 2.0

кальцію

Обмін кальцію

Кальцій

Кальцій - найпоширеніший мінерал, що зустрічається в організмі людини; кожна людина несе в організмі близько 1-1,5 кг. Близько 99% цього запасу зберігається в кістках у вигляді фосфату кальцію. Це служить резервуаром для компенсації коливань рівня сироватки Са 2+. Са 2+ у сироватці крові на 46% зв’язується з білками та близько 6% з фосфатом. Тільки решта 48% є біологічно ефективними, тому концентрація білка в сироватці крові завжди повинна враховуватися при оцінці сироваткового вмісту Ca 2+.

Рівень Са 2+ піддається дуже точному регулюванню, оскільки навіть незначні коливання можуть мати великий вплив на збудливість клітин організму. Навіть незначні підвищення рівня Са 2+ стабілізують клітинну мембрану, тобто H. поріг збудження збільшується. На відміну від цього, поріг збудження може бути знижений низьким рівнем Са 2+ до такої міри, що виникають тетанічні судоми.

Нормальне значення - від 2,5 до 2,6 ммоль/л крові, хоча передбачається, що захворювання лише нижче 2,2 ммоль/л і вище 2,65 ммоль/л. Добова потреба дорослої людини становить близько 0,8 г/день, а вагітних жінок або дітей приблизно вдвічі більша. Лише 30% всмоктуваного кальцію всмоктується в кишечнику, а решта виводиться з калом.

Паратиреоїдний гормон

Кілька гормонів беруть участь у регуляції обміну кальцію, першим з яких є паратгормон (ПТГ). Він утворюється в чотирьох парних паращитовидних залозах (епітеліальних тілах) і підвищує рівень Са 2+ у сироватці крові (примітка: паратиреоїдний гормон забезпечує Са 2+).

ПТГ досягає цього, з одного боку, активуючи остеокласти в кістці, які мобілізують кальцій і фосфат з кістки. З іншого боку, ПТГ збільшує реабсорбцію Са 2+ у нирках, тоді як зменшує реабсорбцію фосфату.

На додаток до цих двох досить прямих регуляцій, ПТГ також втручається в метаболізм кальцію в інших місцях. Це підвищує активність ферменту 1α-гідроксилази, який каталізує остаточне гідроксилювання 25 (OH) -вітаміну D3 до 1α, 25 (OH) 2-вітаміну D3, який є активною формою вітаміну (кальцитріол) . Потім кальцитріол також сприяє всмоктуванню Са 2+ в кишечнику.

Як Ca 2+, так і кальцитріол інгібують, у значенні негативного зворотного зв'язку, утворення ПТГ.

Кальцитонін

Кальцитонін виробляється так званими С-клітинами щитовидної залози. В основному кальцитонін є антагоністом ПТГ. Як результат, він пригнічує активність остеокластів у кістці і, отже, зменшує вивільнення Са 2+ та фосфату. Одночасно він зменшує реабсорбцію Са 2+ та фосфату в нирках.

Однак він працює в тому ж напрямку щодо утворення кальцитріолу в нирках, кальцитонін також збільшує це.
Стимулом для вивільнення кальцитоніну є короткочасне підвищення рівня Са 2+ у сироватці крові. Однак якщо рівень Са 2+ підвищений протягом тривалого періоду, секреція кальцитоніну знову нормалізується. Загалом, значення кальцитоніну для домогосподарства Са 2+ досить незначне, оскільки рівень Са 2+ залишається незмінним навіть після видалення щитовидної залози.

Кальцифероли

Останнім гормоном, який бере участь в обміні кальцію, є кальцитріол (гормон вітаміну D, 1,25 дигідроксихолекальциферол), який організм сам синтезує з холестерину за допомогою вітаміну D. Етапи синтезу відбуваються в печінці (від холестерину до 7-дегідрохолестерину), шкірі (від 7-дегідрохолестерину до холекальциферолу), знову в печінці (холекальциферол до 25-гідроксихолекальціферолу) і, нарешті, в нирках (25-гідроксихолекальциферол до 1,25-дигідроксихолекальциферолу ) від.

Кінцевий продукт, який також називають кальцитріолом, має ліпофільний характер і тому діє через внутрішньоклітинні рецептори з цинковими пальцевими доменами. Це опосередковує збільшення активності остеобластів у кістках, що призводить до включення кальцію та фосфату. У нирках активна форма холекальциферолу збільшує реабсорбцію кальцію та фосфату. Крім того, кальцитріол збільшує всмоктування Са 2+ і фосфату в кишечнику, це відбувається за рахунок індукції генів Ca 2+ -АТФази та Са 2+ -зв'язуючого білка кальбіндіну.

Утворення кальцитріолу регулюється класичним механізмом зворотного зв’язку. Підвищений рівень Са 2+ у сироватці стримує утворення кальцитріолу, тоді як знижений рівень Са 2+ у сироватці сприяє утворенню кальцитріолу. Крім того, кінцевий продукт сам пригнічує його утворення (негативні відгуки). Усі ці норми атакують 1α-гідроксилазу. Кальцитріол також пригнічує вивільнення ПТГ.

В цілому кальцитріол підвищує рівень Са 2+ та фосфату в сироватці крові, хоча кістка швидше за все сформується, ніж розщепиться.

Обмін заліза

Функція та розподіл

Залізо - чи не найвідоміший та один з найважливіших мікроелементів в організмі людини. Вміст заліза у дорослої людини становить від 3-5 г, з яких близько 70% зв’язано з гемоглобіном та міоглобіном, а 20% у вигляді депо (феритин, гемосидерин). Решта 10% припадає на негемові ферменти (майже 10%) і менше 1% на ферменти гему, залізо-сірчані кластери та транспортне залізо (трансферин).

Середньодобова потреба становить 10 мг. Залежно від поточної потреби в залізі, лише від 10 до 40% перорально поданого заліза поглинається як вторинна активність через ко-транспортер H + -Fe2 + (DMT1). Важливо, щоб поглиналося лише двовалентне залізо, саме тому вітамін С або залізна редуктаза повинні перетворювати Fe3 + у Fe2 +.

Після того, як залізо на базолатеральній стороні клітин слизової виділяється в кров через ферропортин (IREG), воно зв’язується з апотрансферином (апотрансферрин + залізо = трансферин). Дві вищезазначені форми зберігання є недоступними для заліза. Однак для зберігання у феритині (апоферритин + залізо) Fe2 + необхідно знову окислити до Fe3 +. Це відбувається в цитозолі печінки, кісткового мозку та клітин селезінки через церулоплазмін. Другою формою зберігання заліза є гідроксид заліза в гемосидерині.

Регуляція метаболізму заліза відбувається насамперед на рівні трансляції рецептора трансферину (TfR), апоферритину та δ-амінолевулінової кислоти (δ-ALA) синтази. Він заснований на білку, що зв'язує елемент реакції заліза (IRE-BP), який служить внутрішньоклітинним датчиком заліза та впливає на трансляцію згаданих білків.

Низькі концентрації заліза змушують IRE-BP зв’язуватися з елементом реакції заліза (IRE) мРНК трьох білків. Розпад мРНК TfR пригнічується, щоб можна було засвоїти більше заліза. Одночасно інгібується трансляція мРНК апоферритину та δ-ALA-синтази, в результаті чого менше заліза зберігається у формі феритину та включається в гемоглобін.

Підвищений рівень заліза гарантує, що IRE-BP зв'язує залізо у формі кластерів 4Fe-4S і, таким чином, втрачає здатність до зв'язування з мРНК. МРНК TfR руйнується, тоді як сприяє трансляція мРНК апоферритину та δ-ALA-синтази.

Найважливіша функція заліза в організмі людини - це транспорт кисню в гемоглобіні та міоглобіні. Крім того, залізо відіграє важливу роль в імунній та нервовій системі, а також у шкірі, волоссі, нігтях та обміні речовин.

Синтез молекули гему

Синтез гемоглобіну відбувається переважно в кістковому мозку та різних клітинах-попередниках еритроцитів. Гем являє собою порфіринову частину гемоглобіну, тоді як “-глобін” - це білкова частина. Молекула гемоглобіну складається з чотирьох ланцюгів глобіну (ланцюги 2α та 2ß) та чотирьох молекул гему або порфірину. Основною структурою порфірину є кільце з чотирьох піррольних кілець, порфіриноген, яке додатково модифікується до остаточного утворення порфірину.

Кроки докладно описані:

  1. Сукциніл-КоА та гліцин вступають у реакцію з утворенням δ-амінолевулінової кислоти (δ-ALS), каталізуючим ферментом є δ-ALA синтаза, якій для декарбоксилювання необхідний фосфат піридоксалю (PALP, вітамін В6). Синтаза δ-ALA є ключовим ферментом у біосинтезі гему; він інгібується своїм кінцевим продуктом, який діє як аллостеричний інгібітор, так і на рівні гена. Ця перша реакція відбувається в мітохондрії, звідки отриманий δ-ALS тепер досягає цитозолю.
  1. Дегідратаза δ-ALS каталізує конденсацію двох молекул ALS з утворенням порфобіліногену.
  1. Далі порфобіліноген та уропорфіриноген III утворюються з чотирьох молекул.
  1. Потім утворений уропорфіриноген III декарбоксилюється, утворюючи копропорфіриноген III.
  1. Копропорфіриноген III тепер повертається в мітохондрію і там перетворюється на протопорфіриноген IX.
  1. Зараз протопорфіриноген IX окислюється до протопорфірину IX.
  1. На останньому етапі фермент феррохелатази включає двовалентний іон заліза.

Поломка гему

Тривалість життя еритроцитів становить близько 120 днів, після чого організм повинен утилізувати накопичується гемоглобін. Частина глобіну розщеплюється на амінокислоти, які вводяться в обмін речовин.

Розпад гему починається в мононуклеарній фагоцитарній системі (МПС) селезінки, де кільце гема розщеплюється цитохром Р450-залежною гемоксигеназою. Потрібні кисень і НАДФН/Н +.

Продуктом цієї реакції є зелений білівердин, який за допомогою NADPH/H + відновлюється до оранжевого білірубіну за допомогою білівердин-редуктази, а також окису вуглецю (CO) та заліза, яке знову вбудовується в гемоглобін.

Отриманий білірубін, зв’язаний з альбуміном (непрямим білірубіном), транспортується до печінки, де подвійно поєднується з активованою глюкуроновою кислотою (UDP-глюкуронова кислота). Відповідальним ферментом є глюкуронілтрансфераза; виробляється білірубін диглюкуронід. Цей прямий, водорозчинний білірубін зараз виводиться з жовчю.