Метаболизъм на калция и желязото

Спанакът инхибира усвояването на калция! Изображение: „Спанак“ от Даниела Сегура. Лиценз: CC BY 2.0

калция

Метаболизъм на калция

Калций

Калцият е най-често срещаният минерал, срещан при хората; всеки човек носи около 1-1,5 кг в тялото си. Около 99% от това се съхранява в костите като калциев фосфат. Това служи като резервоар за компенсиране на колебанията в нивото на серумен Ca 2+. Са 2+ в серума е 46% свързан с протеини и около 6% с фосфат. Само останалите 48% са биологично ефективни, така че концентрацията на серумен протеин винаги трябва да се взема предвид при оценката на серумния Ca 2+.

Нивото на Ca 2+ подлежи на много прецизна регулация, тъй като дори малки колебания могат да окажат голямо влияние върху възбудимостта на телесните клетки. Дори малки увеличения на нивото на Ca 2+ стабилизират клетъчната мембрана, т.е. H. прагът на възбуждане се увеличава. За разлика от това, прагът на възбуждане може да бъде понижен от ниски нива на Ca 2+ до такава степен, че да възникнат тетанични гърчове.

Нормалната стойност е между 2,5 и 2,6 mmol/l кръв, въпреки че заболяването се приема само под 2,2 mmol/l и над 2,65 mmol/l. Дневната нужда на възрастен е около 0,8 g/ден, а тази на бременни жени или деца е около два пъти по-висока. Само 30% от абсорбирания калций се абсорбира в червата, докато останалата част се екскретира в изпражненията.

Паратиреоиден хормон

Няколко хормона участват в регулирането на метаболизма на калция, първият от които е паратиреоидният хормон (PTH). Образува се в четирите сдвоени паращитовидни жлези (епителни тела) и повишава серумните нива на Ca 2+ (забележка: паратиреоидният хормон осигурява Ca 2+).

PTH постига това, от една страна, като активира остеокластите в костта, които мобилизират калций и фосфат от костта. От друга страна, PTH увеличава реабсорбцията на Ca 2+ в бъбреците, докато намалява реабсорбцията на фосфата.

В допълнение към тези две доста директни регулации, PTH също се намесва в метаболизма на калция другаде. Той повишава активността на ензима 1α-хидроксилаза, който катализира окончателното хидроксилиране на 25 (OH) -витамин D3 до 1α, 25 (OH) 2-витамин D3, който е активната форма на витамина (калцитриол) . След това калцитриолът също така насърчава усвояването на Са 2+ в червата.

Както Ca 2+, така и калцитриолът инхибират, в смисъл на отрицателна обратна връзка, образуването на PTH.

Калцитонин

Калцитонинът се произвежда от така наречените С клетки на щитовидната жлеза. По принцип калцитонинът е антагонист на PTH. В резултат на това той инхибира остеокластната активност в костта и следователно намалява отделянето на Са 2+ и фосфат. В същото време намалява реабсорбцията на Ca 2+ и фосфат в бъбреците.

Въпреки това, той работи в същата посока по отношение на образуването на калцитриол в бъбреците, калцитонинът също увеличава това.
Стимулът за освобождаване на калцитонин е краткото повишаване на серумното ниво на Ca 2+. Ако обаче нивото на Ca 2+ се повиши в дългосрочен план, секрецията на калцитонин отново се нормализира. Като цяло значението на калцитонин за домакинството на Ca 2+ е доста ниско, тъй като нивото на Ca 2+ остава непроменено дори след отстраняване на щитовидната жлеза.

Калцифероли

Последният хормон, участващ в метаболизма на калция, е калцитриолът (хормон на витамин D, 1,25 дихидроксихолекалциферол), който организмът сам синтезира от холестерола чрез витамин D. Етапите на синтез се извършват в черния дроб (холестерол до 7-дехидрохолестерол), кожата (7-дехидрохолестерол до холекалциферол), отново в черния дроб (холекалциферол до 25-хидроксихолекалциферол) и накрая в бъбреците (25-хидроксихолекалциферол до 1,25-дихидроксихолекалциферол ) от.

Крайният продукт, наричан още калцитриол, има липофилен характер и следователно действа чрез вътреклетъчни рецептори с цинкови домейни на пръстите. Той медиира повишаване на активността на остеобластите в костта, което води до включването на калций и фосфат. В бъбреците активната форма на холекалциферол увеличава реабсорбцията на калций и фосфат. Освен това, калцитриолът увеличава абсорбцията на Са 2+ и фосфата в червата, това се случва чрез индуциране на гени за Са 2+ -АТФаза и свързващия Са 2+ протеин калбиндин.

Образуването на калцитриол се регулира от класически механизъм за обратна връзка. Повишените серумни нива на Ca 2+ инхибират образуването на калцитриол, докато намалените серумни нива на Ca 2+ стимулират образуването на калцитриол. Освен това самият краен продукт инхибира образуването му (отрицателна обратна връзка). Всички тези разпоредби атакуват 1α-хидроксилазата. Калцитриолът също инхибира освобождаването на PTH.

Като цяло калцитриолът повишава нивата на Ca 2+ и фосфатите в серума, въпреки че костта е по-вероятно да се изгради, отколкото да се разгради.

Метаболизъм на желязото

Функция и разпределение

Желязото е може би най-известният и един от най-важните микроелементи в човешкото тяло. Съдържанието на желязо при възрастен е между 3-5 g, от които около 70% се свързват в хемоглобина и миоглобина и 20% като депо (феритин, хемосидерин). Останалите 10% се отчитат от не-хем ензими (почти 10%) и по-малко от 1% за ензими ензими, желязо-серни клъстери и транспортно желязо (трансферин).

Средната дневна нужда е 10 mg. В зависимост от настоящата нужда от желязо, само между 10 и 40% от желязото, доставено през устата, се абсорбира като вторична активност, чрез H + -Fe2 + ко-транспортер (DMT1). Важно е само двувалентното желязо да може да се абсорбира, поради което витамин С или железна редуктаза трябва да преобразуват Fe3 + във Fe2 +.

След като желязото от базолатералната страна на лигавичните клетки се освободи в кръвта чрез феропортин (IREG), то се свързва с апотрансферин (апотрансферин + желязо = трансферин). Двете гореспоменати форми за съхранение са на разположение за желязо, което не е необходимо. За съхранение във феритин (апоферитин + желязо) обаче, Fe2 + трябва да се окисли отново до Fe3 +. Това се случва в цитозола на черния дроб, костния мозък и клетките на далака чрез церулоплазмин. Втората форма на съхранение на желязото е железен хидроксид в хемосидерина.

Регулирането на метаболизма на желязото се осъществява предимно на нивото на транслация на трансфериновия рецептор (TfR), апоферитин и δ-аминолевулинова киселина (δ-ALA) синтаза. Той се основава на белтъка за свързване на елемента на железен отговор (IRE-BP), който служи като вътреклетъчен сензор за желязо и влияе върху транслацията на споменатите протеини.

Ниските концентрации на желязо карат IRE-BP да се свърже с елемента за реакция на желязо (IRE) на иРНК на трите протеина. Разграждането на TfR иРНК се инхибира, за да може да се абсорбира повече желязо. В същото време транслацията на апоферитин и δ-ALA синтаза мРНК се инхибира, в резултат на което по-малко желязо се съхранява под формата на феритин и се включва в хемоглобина.

Повишените нива на желязо гарантират, че IRE-BP свързва желязото под формата на 4Fe-4S клъстери и по този начин губи своята способност за свързване с иРНК. TfR mRNA се разгражда, докато се насърчава транслацията на апоферитин и δ-ALA синтаза mRNA.

Най-важната функция на желязото в човешкото тяло е да транспортира кислород в хемоглобина и миоглобина. Освен това желязото играе важна роля в имунната и нервната система, както и в кожата, косата, ноктите и метаболизма.

Синтез на молекулата хем

Синтезът на хемоглобин се осъществява главно в костния мозък и различни прогениторни клетки на еритроцитите. Хемът представлява порфириновата част на хемоглобина, докато “-глобинът” е белтъчната част. Молекулата на хемоглобина се състои от четири глобинови вериги (2α и 2ß вериги) и четири молекули хем или порфирин. Основната структура на порфирина е пръстен от четири пиролни пръстена, порфириногенът, който допълнително се модифицира, докато порфиринът се формира окончателно.

Стъпките са подробни:

  1. Сукцинил-КоА и глицин реагират, образувайки δ-аминолевулинова киселина (δ-ALS), катализиращият ензим е δ-ALA синтаза, която изисква пиридоксал фосфат (PALP, витамин В6) за декарбоксилиране. Δ-ALA синтазата е ключовият ензим в биосинтеза на хема; тя се инхибира от крайния си продукт, който действа както като алостеричен инхибитор, така и на генно ниво. Тази първа реакция се осъществява в митохондрията, откъдето полученият δ-ALS сега достига до цитозола.
  1. Δ-ALS дехидратазата катализира кондензацията на две ALS молекули, за да образува порфобилиноген.
  1. По-нататък порфобилиноген и уропорфириноген III се образуват от четири молекули.
  1. Полученият уропорфириноген III след това се декарбоксилира до Koproporphyrinogen III.
  1. Копропорфириноген III сега се връща в митохондрията и там се превръща в протопорфириноген IX.
  1. Протопорфириноген IX вече се окислява до протопорфирин IX.
  1. В последния етап ензимът ферохелатаза включва двувалентния железен йон.

Разпад на хема

Животът на еритроцитите е около 120 дни, след което тялото трябва да изхвърли натрупващия се хемоглобин. Глобиновата част се разгражда до своите аминокиселини, които се въвеждат в метаболизма.

Разграждането на хема започва в мононуклеарната фагоцитна система (MPS) на далака, където пръстенът на хема се разгражда от цитохром P450-зависимата хем оксигеназа. Необходими са кислород и NADPH/H +.

Продуктът на тази реакция е зеленият биливердин, който се редуцира до оранжев билирубин чрез биливердин редуктаза с помощта на NADPH/H +, както и въглероден оксид (CO) и желязо, което се включва отново в хемоглобина.

Полученият билирубин, свързан с албумин (индиректен билирубин), се транспортира до черния дроб, където е двойно свързан с активирана глюкуронова киселина (UDP-глюкуронова киселина). Отговорният ензим е глюкуронил трансфераза, произвежда се билирубин диглюкуронид. Този директен, водоразтворим билирубин сега се екскретира в жлъчката.