Od dzisiaj zaczynam cykl artykułów odnośnie żelaza i jego niedoborów. Na początku małe wprowadzenie do tematu, bez którego nie ruszymy dalej ;). Dzisiaj będzie trochę o roli żelaza w organizmie – wszystkie najważniejsze informacje w tzw. „pigułce”. Następny artykuł

Żelazo jest pierwiastkiem występującym w niezliczonej ilości na ziemi i biologicznie niezbędnym do funkcjonowania mikroelementem każdego człowieka. W organizmie podstawową rolą żelaza jest uczestnictwo w transporcie tlenu przez hemoglobinę.  Żelazo występuje w ponad 180 reakcjach biochemicznych w ludzkim organizmie. Jest ważnym składnikiem hemoglobiny, mioglobiny i wielu enzymów. Odgrywa ważną role w produkcji neuroprzekaźników.

Hemoglobina zbudowania jest z czterech łańcuchów polipeptydowych (dwa α i dwa β).Łańcuch α składa się ze 141 aminokwasów, podczas gdy łańcuch β ma 146 aminokwasów. Każdy łańcuch wiąże jedną cząsteczkę hemową. Główną funkcją hemoglobiny jest transport tlenu z płuc do tkanek. Jedna cząsteczka hemoglobiny może wiązać cztery cząsteczki tlenu. Dzięki hemoglobinie, objętość tlenu, jaką może transportować litr krwi to 250 ml, podczas gdy bez hemoglobiny jeden litr krwi może transportować tylko 5 ml tlenu. Ponadto, hemoglobina jest najważniejszym białkiem transportującym tlenek azotu.

Mioglobina jest monomerycznym białkiem hemu występującym w większości w mięśniach zwierząt. Zawiera jedną grupę hemową na cząsteczkę białka. Podobnie do hemoglobiny, mioglobina jest białkiem cytoplazmatycznym, które wiąże tlen w grupie hemowej. Służy do magazynowania i uwalniania tlenu w tkance mięśniowej. Chociaż grupy hemowe obu białek są identyczne, mioglobina ma wyższe powinowactwo do tlenu niż hemoglobina.

Ludzkie ciało magazynuje żelazo w postaci ferrytyny i hemosyderyny w wątrobie, śledzionie, szpiku, dwunastnicy i mięśniach szkieletowych. Całkowita ilość magazynowanego w organizmie żelaza wynosi około 600 do 1000 mg u zdrowego dorosłego mężczyzny i około 200 do 300 mg u zdrowej dorosłej kobiety.

Przeciętna zawartość żelaza w ludzkim organizmie wynosi około 4g (50mg/kg) u mężczyzn i około 2,5g (42 mg/kg) u kobiet. Możemy je podzielić na trzy główne frakcje: hemoglobina 65%, mioglobina 10% i enzymy 5%. Reszta żelaza (około 20%) pozostaje nieaktywna w postaci żelaza magazynowanego w formie ferrytyny i hemosyderyny, a 0,2% całkowitego żelaza występuje w postaci transferyny jako żelazo transportowe. U nastolatków zawartość żelaza jest porównywalna względem dorosłego człowieka, może różnić się nieznacznie w zależności od masy ciała i intensywności miesiączkowania.

Dostępność żelaza jest ściśle regulowana zarówno na poziomie komórkowym, jak i układowym. Hormon peptydowy hepcydyna,  wydzielany i produkowany przez hepatocyty,

kontroluje przepływ żelaza do osocza z enterocytów i makrofagów poprzez degradację ferroportyny komórkowej produkującej żelazo. Kompleks hepcydyna-ferroportyna jest niezbędny do utrzymania równowagi w gospodarce żelaza. W przypadku zbyt wysokiego stężenia żelaza we krwi, wysokie stężenie hepcydyny wiąże się i wpływa hamująco na ferroportynę blokując eksport żelaza.

Homeostaza żelaza u ssaków musi być dokładnie zharmonizowana, aby uniknąć niedoboru żelaza przy zmniejszonym transporcie tlenu lub zmniejszonej aktywności enzymów zależnych od tego pierwiastka, a także nadmiaru żelaza, który może katalizować tworzenie wysoko reaktywnych rodników hydroksylowych, stres oksydacyjny i zaprogramowaną śmierć komórki. Zrozumienie roli mechanizmów związanych z regulacją gospodarki żelaza znacząco się zwiększyło od czasu odkrycia genów odpowiedzialnych za hemochromatozę, maszynerię IRE – IRP i kompleks hepcydyna-ferroportyna.

W ciągu doby przeciętna utrata żelaza wynosi 1mg u mężczyzna i 2mg u kobiet, zależne jest to od wydalania z nabłonka żołądkowo-jelitowego i menstruacji. Ze spożytego żelaza w ilościach od 10 do 14mg, enterocyty absorbują tylko około 0,5 do 2mg (5%-15%). Jednak gdy występujenadmierna utrata żelaza przy krwawieniach, hemolizie, krwotokach lub podwyższonym zapotrzebowaniu organizmu (ciąża, wzrost stężenia hemoglobiny u dorosłych), biodostępność żelaza zwiększa się do 40%, o ile wystarczająca ilość jest dostarczona przez spożycie. Żelazo wiązane jest przez ferrytynę w cytoplazmie enterocytów, a jego nadmiar rozprowadzany jest do krwi. Aby żelazo zostało przekazane do osocza krwi, musi być przeprowadzone przez ferroportynę na podstawnej powierzchni enterocytów. Tam żelazo jest związane z transferyną i transportowane do wątroby, gdzie magazynowane jest w postaci ferrytyny lub przenoszone do tkanek pochłaniających żelazo. Białko transbłonowe ferroportyna jest ważnym czynnikiem w ścisłej regulacji gospodarki żelazem.

Bibliografia:
1.Paul BT, Manz DH, Torti FM, Torti SV. Mitochondria and Iron: current questions. Expert Rev Hematol. 2017 Jan;10(1):65-79. doi: 10.1080/17474086.2016.1268047

2.Immenschuh S, Vijayan V, Janciauskiene S, Gueler F. Heme as a Target for Therapeutic Interventions. Front Pharmacol. 2017 Apr 4;8:146. doi: 10.3389/fphar.2017.00146.

3.Clénin G. The treatment of iron deficiency without anaemia (in otherwise healthy persons). Swiss Med Wkly. 2017 Jun 21;147 doi: 10.4414/smw.2017.14434

4.Clénin G, Cordes M, Huber A, Schumacher YO, Noack P, Scales J, Kriemler S. Iron deficiency in sports – definition, influence on performance and therapy. Swiss Med Wkly. 2015 Oct 29;145. w14196. doi: 10.4414/smw.2015.14196.

5.Abbaspour N, Hurrell R, Kelishadi R. Review on iron and its importance for human health. J Res Med Sci. 2014 Feb; 19(2): 164–174. doi. 23914218.

6.Bilska-Wilkosz A, Iciek M, Górny M, Kowalczyk-Pachel D. The Role of Hemoproteins: Hemoglobin, Myoglobin and Neuroglobin in Endogenous Thiosulfate Production Processes. Int J Mol Sci. 2017 Jun 20;18(6). pii: E1315. doi: 10.3390/ijms18061315.

7.Saito H. Metabolism of iron stores. Nagoya J Med Sci. 2014 Aug;76(3-4):235-254. doi. 10.1001/jama.1940.02810300045013

8.Clénin G, Cordes M, Huber A, Schumacher YO, Noack P, Scales J, Kriemler S. Iron deficiency in sports – definition, influence on performance and therapy. Swiss Med Wkly. 2015 Oct 29;145. w14196. doi: 10.4414/smw.2015.14196.

9.Camaschella C. Iron and hepcidin: a story of recycling and balance. Hematology Am Soc Hematol Educ Program. 2013;2013:1-8. doi: 10.1182/asheducation-2013.1.1.

10.Gozzelino R, Arosio P. Iron Homeostasis in Health and Disease. Int J Mol Sci. 2016 Jan 20;17(1). pii: E130. doi: 10.3390/ijms17010130.