Metabolizmus vápnika a železa

Špenát inhibuje vstrebávanie vápnika! Obrázok: „Špenát“ od Danielly Segury. Licencia: CC BY 2.0

železa

Metabolizmus vápnika

Vápnik

Vápnik je najbežnejší minerál, ktorý sa nachádza u ľudí; každý človek má v tele asi 1 - 1,5 kg. Asi 99% z toho sa ukladá v kostiach ako fosforečnan vápenatý. Slúži ako rezervoár na kompenzáciu kolísania hladiny Ca 2+ v sére. Ca 2+ v sére je zo 46% viazaný na proteíny a asi 6% na fosfát. Iba zvyšných 48% je biologicky účinných, a preto je pri stanovení sérového Ca 2+ potrebné vždy brať do úvahy koncentráciu sérových bielkovín.

Úroveň Ca 2+ podlieha veľmi presnej regulácii, pretože aj malé výkyvy môžu mať zásadný vplyv na excitabilitu buniek tela. Už malé zvýšenie hladiny Ca 2+ stabilizuje bunkovú membránu, t.j. H. vzrastá prah excitácie. Naproti tomu je možné prah vzrušenia znížiť nízkymi hladinami Ca 2+ do takej miery, že dôjde k tetanickým kŕčom.

Normálna hodnota je medzi 2,5 a 2,6 mmol/l krvi, aj keď sa ochorenie predpokladá iba pod 2,2 mmol/l a nad 2,65 mmol/l. Denná potreba dospelého je okolo 0,8 g/deň, potreba tehotných žien alebo detí je približne dvakrát vyššia. Iba 30% absorbovaného vápnika sa absorbuje v čreve, zatiaľ čo zvyšok sa vylúči stolicou.

Paratyroidný hormón

Na regulácii metabolizmu vápnika sa podieľa niekoľko hormónov, z ktorých prvý je paratyroidný hormón (PTH). Tvorí sa v štyroch spárených prištítnych telieskach (epiteliálnych telieskach) a zvyšuje hladinu Ca 2+ v sére (poznámka: paratyroidný hormón poskytuje Ca 2+).

PTH to dosahuje na jednej strane aktiváciou osteoklastov v kosti, ktoré mobilizujú vápnik a fosfát z kosti. Na druhej strane PTH zvyšuje reabsorpciu Ca 2+ v obličkách, zatiaľ čo znižuje reabsorpciu fosfátu.

Okrem týchto dvoch dosť priamych predpisov PTH tiež ovplyvňuje metabolizmus vápnika inde. Zvyšuje aktivitu enzýmu 1α-hydroxylázy, ktorý katalyzuje konečnú hydroxyláciu 25 (OH) -vitamínu D3 na 1α, 25 (OH) 2-vitamín D3, ktorý je aktívnou formou vitamínu (kalcitriol) . Kalcitriol potom tiež podporuje vstrebávanie Ca 2+ v čreve.

Ca2+ aj kalcitriol inhibujú v zmysle negatívnej spätnej väzby tvorbu PTH.

Kalcitonín

Kalcitonín sa vyrába takzvanými C bunkami štítnej žľazy. Kalcitonín je v zásade antagonista PTH. Výsledkom je, že inhibuje aktivitu osteoklastov v kosti a následne znižuje uvoľňovanie Ca 2+ a fosfátu. Zároveň znižuje reabsorpciu Ca 2+ a fosfátu v obličkách.

Funguje však rovnakým smerom, pokiaľ ide o tvorbu kalcitriolu v obličkách, kalcitonín tiež zvyšuje túto hladinu.
Podnetom na uvoľnenie kalcitonínu je krátke zvýšenie hladiny Ca 2+ v sére. Ak sa však hladina Ca 2+ dlhodobo zvyšuje, vylučovanie kalcitonínu sa opäť normalizuje. Celkovo je význam kalcitonínu pre domácnosť s Ca 2+ pomerne malý, pretože hladina Ca 2+ zostáva nezmenená aj po odstránení štítnej žľazy.

Kalciferoly

Posledným hormónom podieľajúcim sa na metabolizme vápnika je kalcitriol (hormón vitamínu D, 1,25 dihydroxycholekalciferol), ktorý si telo samo syntetizuje z cholesterolu prostredníctvom vitamínu D. Kroky syntézy prebiehajú v pečeni (cholesterol až 7-dehydrocholesterol), koži (7-dehydrocholesterol až cholekalciferol), opäť v pečeni (cholekalciferol až 25-hydroxycholekalciferol) a nakoniec v obličkách (25-hydroxycholekalciferol až 1,25-dihydroxycholekalciferol). ) z.

Konečný produkt, nazývaný tiež kalcitriol, má lipofilný charakter, a preto účinkuje prostredníctvom intracelulárnych receptorov s doménami zinkových prstov. Sprostredkuje zvýšenie aktivity osteoblastov v kostiach, čo má za následok zabudovanie vápniku a fosfátu. Aktívna forma cholekalciferolu v obličkách zvyšuje reabsorpciu vápnika a fosfátu. Kalcitriol ďalej zvyšuje absorpciu Ca 2+ a fosfátu v čreve, čo sa deje indukciou génov pre Ca 2+ -ATPázu a vápnik viažuci proteín kalbindín.

Tvorba kalcitriolu je regulovaná klasickým mechanizmom spätnej väzby. Zvýšené hladiny Ca 2+ v sére inhibujú tvorbu kalcitriolu, zatiaľ čo znížené hladiny Ca 2+ v sére podporujú tvorbu kalcitriolu. Samotný konečný produkt navyše inhibuje jeho tvorbu (negatívna spätná väzba). Všetky tieto nariadenia napádajú 1α-hydroxylázu. Kalcitriol tiež inhibuje uvoľňovanie PTH.

Kalcitriol celkovo zvyšuje hladiny Ca 2+ a fosfátu v sére, aj keď je pravdepodobnejšie, že sa kosť hromadí, než sa štiepi.

Metabolizmus železa

Funkcia a distribúcia

Železo je možno najznámejším a jedným z najdôležitejších stopových prvkov v ľudskom tele. Obsah železa v dospelom človeku je medzi 3 - 5 g, z toho asi 70% je viazaných v hemoglobíne a myoglobíne a 20% vo forme depotu (feritín, hemosiderín). Zvyšných 10% tvoria nehémové enzýmy (takmer 10%) a menej ako 1% hémové enzýmy, klastre železo-síra a transportné železo (transferín).

Priemerná denná potreba je 10 mg. V závislosti na aktuálnej potrebe železa je iba 10 až 40% orálne dodaného železa absorbované ako sekundárna aktivita prostredníctvom spoločného transportéra H + -Fe2 + (DMT1). Je dôležité, aby sa mohlo absorbovať iba dvojmocné železo, a preto musí vitamín C alebo železitá reduktáza konvertovať Fe3 + na Fe2 +.

Potom, čo sa železo na bazolaterálnej strane buniek sliznice uvoľnilo do krvi prostredníctvom ferroportínu (IREG), viaže sa na apotransferín (apotransferín + železo = transferín). Pre železo, ktoré sa nevyžaduje, sú k dispozícii dve vyššie uvedené formy skladovania. Na skladovanie vo feritíne (apoferitín + železo) však musí byť Fe2 + opäť oxidovaný na Fe3 +. To sa deje v cytozole pečene, buniek kostnej drene a sleziny prostredníctvom ceruloplazmínu. Druhou zásobnou formou železa je hydroxid železitý v hemosideríne.

Regulácia metabolizmu železa prebieha primárne na úrovni translácie transferínového receptora (TfR), apoferritínu a syntázy kyseliny ô-aminolevulínovej (ô-ALA). Je založený na proteíne viažucom prvok väzby na železo (IRE-BP), ktorý slúži ako intracelulárny senzor železa a ovplyvňuje transláciu spomínaných proteínov.

Nízke koncentrácie železa spôsobujú, že sa IRE-BP viaže na prvok odpovede na železo (IRE) mRNA troch proteínov. Rozklad mRNA TfR je inhibovaný, takže sa môže absorbovať viac železa. Zároveň je inhibovaná translácia mRNA apoferritínu a δ-ALA syntázy, čo vedie k tomu, že sa menej železa ukladá vo forme feritínu a zabuduje sa do hemoglobínu.

Zvýšené hladiny železa zabezpečujú, že IRE-BP viaže železo vo forme klastrov 4Fe-4S a tým stráca svoju väzbovú kapacitu pre mRNA. TfR mRNA sa degraduje, zatiaľ čo sa podporuje translácia mRNA apoferritínu a δ-ALA syntázy.

Najdôležitejšou funkciou železa v ľudskom tele je transport kyslíka v hemoglobíne a myoglobíne. Železo ďalej hrá dôležitú úlohu v imunitnom a nervovom systéme, ako aj v pokožke, vlasoch, nechtoch a metabolizme.

Syntéza molekuly hemu

Syntéza hemoglobínu prebieha hlavne v kostnej dreni a rôznych progenitorových bunkách erytrocytov. Hém predstavuje porfyrínovú časť hemoglobínu, zatiaľ čo „-globin“ je bielkovinovou časťou. Molekula hemoglobínu sa skladá zo štyroch reťazcov globínu (reťazce 2a a 2ß) a štyroch molekúl hemu alebo porfyrínu. Základnou štruktúrou porfyrínu je kruh zo štyroch pyrolových kruhov, porfyrinogén, ktorý sa ďalej modifikuje, až kým sa konečne nevytvorí porfyrín.

Kroky sú podrobnejšie:

  1. Sukcinyl-CoA a glycín reagujú za vzniku kyseliny 8-aminolevulínovej (8-ALS), katalyzujúcim enzýmom je δ-ALA syntáza, ktorá na dekarboxyláciu vyžaduje pyridoxalfosfát (PALP, vitamín B6). Δ-ALA syntáza je kľúčovým enzýmom v biosyntéze hemov; je inhibovaná svojim konečným produktom, ktorý pôsobí ako alosterický inhibítor aj na génovej úrovni. Táto prvá reakcia prebieha v mitochondriách, odkiaľ výsledný δ-ALS teraz dosahuje cytosol.
  1. Dehydratáza δ-ALS katalyzuje kondenzáciu dvoch molekúl ALS za vzniku porfobilinogénu.
  1. V nasledujúcom texte sú porfobilinogén a uroporfyrinogén III tvorené zo štyroch molekúl.
  1. Výsledný uroporfyrinogén III je potom dekarboxylovaný na koproporfyrinogén III.
  1. Coproporphyrinogen III sa teraz vracia do mitochondrií a je tam prevedený na protoporfyrinogén IX.
  1. Protoporfyrinogén IX sa teraz oxiduje na protoporfyrín IX.
  1. V poslednom kroku obsahuje enzým ferochelatáza dvojmocný ión železa.

Rozpis hemu

Erytrocyty majú životnosť okolo 120 dní, po ktorých musí byť telo zbavené akumulujúceho sa hemoglobínu. Globínová časť sa štiepi na svoje aminokyseliny, ktoré sa zavádzajú do metabolizmu.

Štiepenie hemu začína v mononukleárnom fagocytovom systéme (MPS) sleziny, kde sa krúžok hemu štiepi hémovou oxygenázou závislou od cytochrómu P450. Vyžaduje sa kyslík a NADPH/H +.

Produktom tejto reakcie je zelený biliverdín, ktorý je pomocou NADPH/H + redukovaný na oranžový bilirubín pomocou biliverdín reduktázy, ako aj oxid uhoľnatý (CO) a železo, ktoré sú opäť zabudované do hemoglobínu.

Výsledný bilirubín naviazaný na albumín (nepriamy bilirubín) je transportovaný do pečene, kde je dvakrát spojený s aktivovanou kyselinou glukurónovou (kyselina UDP-glukurónová). Zodpovedným enzýmom je glukuronyltransferáza; vyrába sa bilirubín diglukuronid. Tento priamy, vo vode rozpustný bilirubín sa teraz vylučuje žlčou.