1.1-铁的介绍

1 铁的生物学 2 铁的生物学 铁化学铁代谢铁的生物化学和生理功能 3 铁的生物学 铁化学铁代谢铁的生物化学和生理功能 4 铁化学 拉丁名 Ferrum有九种同位素存在是在地壳中数量第四多的元素纯金属具有银色 有光泽的外表具有活泼的化学反应性和快速的被腐蚀性 铁化学 5 铁化学 数量最大的形态为亚铁 Fe2 和三价铁 Fe3 在我们周围占最大比例的铁是具有较低生物利用度的氧化Fe3 只有Fe2 能被人体吸收 铁化学 6 铁化学 铁在生物系统中的作用是在一些生化发应中作为催化剂 包括在体内不同的氧化 还原系统中转运电子 Fe2 1电子Fe3 氧化 Fe3 1电子Fe2 还原 铁化学 7 铁化学 铁离子具有毒性 是因其具有催化不同的氧化 还原反应的能力 它能催化体内有毒性的活性氧 ROS 的形成 铁化学 8 铁化学 活性氧 ROS 是当氧分子O2被还原为水H2O时在系列的1 电子摄取4步反应中出现的化学簇 1e 1e 1e 1e O2 O2 H2O2 OH H2O 2H OH H ROS 特别是 OH 是非常强的氧化剂 它反应非常快 非选择性的作用于活细胞中发现的几乎所有分子类型 糖 蛋白 核酸和脂肪酸 术语 氧化应激 是指细胞成分 例如DNA 蛋白 脂肪和糖 被氧化到一定程度而对细胞或组织产生伤害 铁化学 9 铁化学 铁离子催化ROS产生的机制Fe2 1e Fe2 1e O2 O2 H2O2 OH H2O 2H OH H 在不被铁催化时为慢反应 Fentons反应 在口服铁盐后粘膜的边界 铁化学 10 铁化学 对抗氧化应激的生物防御系统 歧化 O2 O2和H2O的转换在胞内 通过谷胱苷肽与谷胱苷肽过氧化物酶结合来去除H2O2 在胞外 由抗坏血酸 维生素C 或 生育酚 维生素E 去除 O2 严格的区域化具有催化分子氧反应能力的分子 例如 在细胞器如线粒体或微粒体内进行代谢氧化过程和在房水中控制铁 III II 的水平 铁化学 11 铁生物学 铁化学铁代谢铁的生物化学和生理功能 铁代谢 12 铁的来源 外源性铁内源性铁 铁代谢 13 普通铁剂的体内过程 最佳吸收部位 十二指肠和空肠上段吸收的前提 可溶状态 Fe2 Fe2 配体胃铁蛋白 铁代谢 14 口服铁在十二指肠和空肠上段的吸收 铁 主要为Fe 由胃HCl稳定 与粘蛋白结合然后转运到粘膜细胞表面受体 在粘膜细胞中铁与移动铁蛋白 mobilferrin 结合 通过细胞转运到粘膜下毛细血管网 在那里铁被氧化成Fe 然后与脱铁转铁蛋白结合 形成转铁蛋白 铁复合物 并经血液运送到骨髓或其它组织 铁代谢 15 转铁蛋白受体 在骨髓中 需铁组织幼红细胞表面的转铁蛋白受体是一种跨膜糖蛋白 它与转铁蛋白 铁复合物结合 成为一个复合体 然后受体 转铁蛋白 铁复合物经内吞作用进入胞内 铁代谢 16 转铁蛋白受体在胞内释放铁 在酸性PH值下 内吞泡与溶菌酶融合 铁以Fe 的形式从转铁蛋白释放并转运到细胞内的线粒体 供Hb的合成用 在那里它与原卟啉 复合形成亚铁血红素 铁代谢 17 转铁蛋白受体循环 铁代谢 铁释放后受体回到胞膜 去铁的转铁蛋白 apo transferrin 在那里被释放并回到血浆 继续维持巨噬细胞 肝细胞 骨髓 肠壁之间的运送 铁的转运与血pH 转铁蛋白饱和度等有关 18 转铁蛋白是分子量为80 000的糖蛋白 属 1球蛋白 主要由肝脏和巨噬细胞中合成 一分子运铁蛋白有二个结合三价铁的位点 所以可结合1个或2个铁离子 转铁蛋白分布于血浆及血管外液中 血管内外的转运率每小时5 有效运铁能力大约保持8天 总铁结合力 正常人运铁蛋白血浆浓度为2 84 3 41 moI L 应用间接法测定 即为总铁结合力 即血浆中能与铁结合的 1球蛋白的总量 血清铁 正常情况下仅以其总量的1 3与铁结合 这部分为血清铁 血清铁是与转铁蛋白结合的铁量 2 3未与铁结合的运铁蛋白可称为未饱和的运铁蛋白 转铁蛋白饱和度 血清铁 总铁结合力 100 一般25 45 的转铁蛋白结合部位被铁结合 转铁蛋白饱和度 转铁蛋白在铁诊断中的作用 铁代谢 19 铁蛋白分子 铁蛋白是体内主要的铁储存蛋白 它结合并以无毒的形式隔离铁 从它那里铁可以很容易的被利用 它的分子量是440 000道尔顿 能与4 500个铁原子结合 铁蛋白实质上是一种 铁缓冲液 它吸收多余的铁然后在需要的时候释放铁 与铁蛋白铁的储存成一定比例的 少量的铁蛋白 在血液中循环 铁代谢 20 丹麦人的血清铁蛋白水平 铁代谢 21 含铁血黄素是一个 相对 不溶的铁储存分子 它是一个由铁蛋白核心部件的结构性转化而来的异源性分子混合体 它比较紧密的与铁结合因而具有较低的化学活性 含铁血黄素分子 铁代谢 22 骨髓中的含铁血黄素铁 普鲁士蓝染色在网状内皮细胞内的含铁血黄素铁 铁代谢 23 抗菌肽 抗菌肽 Hepicidin 是一种细胞因子诱导的抗菌蛋白 它在肝脏中产生 在血液中循环 从尿中排泄 抗菌肽被认为是一种铁平衡的中心调节器 因为它控制母体 胚胎铁转运的效率 饮食铁的吸收和网状内皮系统的铁再循环 铁代谢 24 抗菌肽 抗菌肽下调编码小肠铁吸收中的转运分子的mRNA的表达 抗菌肽也被认为是慢性病贫血 ACD 的主要致病因素 可能通过在巨嗜细胞内截留铁等 铁代谢 25 小肠对铁的吸收速度有调节能力 铁的吸收量取决于体内储铁量和红细胞的生成速度 每日普通饮食中所供给的铁量为15 20mg 其中5 10 被吸收 正常人铁的吸收量约1mg d 铁吸收的调节 铁代谢 26 血红素铁 来自血红蛋白 肌红蛋白及动物性食物的其它血红素蛋白 血红素蛋白经消化后游离出血红素分子 直接被肠粘膜细胞摄取 血红素的吸收一般不受食物成份影响 吸收率高 铁的吸收形式 铁代谢 27 非血红素铁 来自铁盐 铁蛋白 含铁血黄素及植物性食物中的高铁化合物等 吸收取决于铁原子的价数 可溶性及食物中鳌合剂的存在 Fe 易吸收 胃酸可增加非血红素铁的溶解度 铁的吸收形式 铁代谢 28 外部 因素对口服非血红素铁的吸收的影响 增强因素肉类因素畜肉类禽肉类鱼肉类50mg的高剂量的维生素C有机酸柠檬酸酒石酸乳酸酒精 抑制因素肌醇六磷酸 植物酸谷糠谷类包括大米和黍类多酚类 单宁酸 咖啡茶可可茶叶中的鞣酸钙奶 奶制品草酸菠菜 铁代谢 29 血红素铁对比非血红素铁 血红素铁比非血红素铁有更高的生物利用度 但它应该在自然食物环境中被消化 例如 在肉中或与肉一起消化血红素铁经上皮细胞的肠腔内侧的特定受体被吸收血红素铁的吸收不被肌醇六磷酸盐 多酚 磷酸盐 草酸所影响被肉类因素所促进与肉类一起的吸收率是不与肉类一起的2 3倍 Hallbergetal 1979 从血制品中的吸收率不是很高 铁代谢 30 饮食的组成很重要 铁摄取蔬菜类食物较低肉类食物较高 铁代谢 31 铁的分布 体内总量铁 平均3到4克 严密的保留在体内 控制铁水平的机制包括吸收 储存和在储存体和血浆池之间的转运 红细胞 erythrocytes 以血红蛋白分子中的铁的形式包含了铁总量的大约65 铁在骨髓 肝和脾中的网状内皮细胞中以铁蛋白和含铁血黄素的形式储存 20 25 转铁蛋白携带了少于0 1 的铁总量 并让铁在红细胞生成中被利用 铁代谢 32 丢失 1mg day 组织 网状内皮储存800mg 在肝 脾和血液循环游离态中 转铁蛋白 3mg 红色骨髓 红细胞2500mg 寿命120days 消化道 吸收1mg day 200mg 25mg day 25mg day 普通成人体内铁的分布与通路 铁代谢 33 铁的储存 主要储存于肝 脾 骨髓等器官的单核 巨噬细胞系统中储存形式 铁蛋白和含铁血黄素两种 以前者为多 后者为少 铁代谢 34 铁的排泄 排泄途径 胆汁 粪便排泄量甚微 与吸收保持平衡铁以肠粘膜和皮肤脱落细胞形式将所含铁排出体外 每天约排出1mg 铁代谢 35 平衡的维持 铁吸收 铁排泄 铁平衡铁的摄取被严格的调节依赖于铁的形态 需求和遗传因素 铁的排泄是恒定的人体没有增加或减少铁排泄的方法 铁代谢 36 常规铁丢失 必要的基础铁丢失粪便 尿 汗 皮肤 毛发 指甲男性0 93mg day女性0 83mg day生理性铁丢失月经 平均0 45 0 56mg day妊娠 总平均 670mg献血抽取500ml血含240 250mg铁 铁代谢 37 人体内铁的循环 红细胞在人体中循环120天衰老的红细胞巨噬细胞吞噬 铁从血红蛋白中释放出来在血液中 铁被转铁蛋白结合而转运铁在血红蛋白中重新结合而生成新的红细胞 铁代谢 38 铁的过量 发生在应用EPO之前和血色素沉着病因素 长期铁剂治疗 慢性酒精中毒和多种疾病现在少见 铁代谢 39 铁中毒 当肠腔内铁的浓度很高 如口服大剂量铁盐时 小肠会失去吸收铁的调节能力 结果大量铁可通过弥散进入肠粘膜细胞 因此误服大剂量无机铁盐可以引起急性铁中毒 腹痛 腹泻 呕吐棕色或鲜红色液体 过敏反应严重者需要急救 急性铁中毒死亡率高 20 多数一周内 见于儿童 成人比较少见 美国每年平均有2000名患儿 铁代谢 40 铁中毒 中毒剂量 金属铁致死剂量200 900mg kg血浆铁 91 mol L中重度中毒标志机理 抑制线粒体功能治疗 去铁敏 去铁胺 铁代谢 41 影响此平衡的唯一生理性途径是改变铁的吸收 铁代谢 42 建议铁每日供给量 RDA 美国RDA 10 18mg 如果妊娠则30mg 欧洲RDA 14mg 铁代谢 43 铁生物学 铁化学铁代谢铁的生物化学和生理功能 44 铁的生化和生理功能 氧的运输和储存血红蛋白和肌红蛋白众多酶的功能血红素酶细胞色素a b c p450 在线粒体内氧化磷酸化 产生ATP 在肝中清除药物 过氧化物酶 减少水中的过氧化物以保护细胞对抗过氧化损伤 过氧化氢酶 破坏过氧化氢 非血红素酶顺乌头酸酶 在Krebs循环中转运电子 调节铁代谢和DNA合成 超氧化物歧化酶 清除过氧化根 铁的生化和生理功能 45 按照功能的铁的分布 浓度 mgFe kg 男性女性功能性铁血红蛋白 65 3128肌红蛋白54血红素酶11非血红素酶11转运铁转铁蛋白 1 1储存铁铁蛋白84含铁血黄素42总共5040 铁的生化和生理功能 46 按照功能的铁的分布 铁的生化和生理功能 47 血红素分子 铁原卟啉IX 铁的生化和生理功能 48 使用血红素的分子 红细胞中的血红蛋白 4个血红素 在肺中摄取氧将氧传递到组织肌肉细胞中的肌红蛋白 1个血红素 功能为储备氧酶 电子转运细胞色素1个血红素过氧化氢酶4个血红素过氧化物酶4个血红素 铁的生化和生理功能 49 血红蛋白的结构 铁的生化和生理功能 50 原卟啉 铁 血红素 血红蛋白珠蛋白 血红蛋白的结构 铁的生化和生理功能 51 血红蛋白的合成 血红蛋白的合成开始于原红细胞并一直持续到网织红细胞阶段 而当网织红细胞离开骨髓并进入血流时 它们继续合成大约一天的少量的血红蛋白 铁的生化和生理功能 52 红细胞生成 RBCs的形成 1 红细胞生成起始于多能干细胞 它的后代受到激素的影响而发展为几个细胞家系 这些细胞家系中的一支发展定型为红系 铁的生化和生理功能 53 红细胞生成 RBCs的形成 2 1 原始细胞是一个BFU E 早期红系组细胞 2 BFU E在白介素 3和促红细胞生成素的存在下形成CFU E 晚期红系组细胞 3 CFU E在高浓度的促红细胞生成素的存在下形成原红细胞 铁的生化和生理功能 54 红细胞生成 RBCs的形成 3 4 原红细胞 巨大的有核细胞但没有血红蛋白 铁的生化和生理功能 55 红细胞生成 RBCs的形成 4 5 幼红细胞 其特征为血红素合成逐渐增加在这个阶段 细胞器被丢失 在晚幼红细胞阶段 核被排出 一旦被排出 细胞将被称为网织红细胞 铁的生化和生理功能 56 红细胞生成 RBCs的形成 5 6 网织红细胞 箭头所指 无核无细胞器比成熟红细胞大无凹面有很多多聚核糖体在重度贫血时 很多此种细胞在成熟前被释放入血正常情况下 250亿个细胞 即血细胞的1 是网织红细胞 美蓝染色的核糖体RNA 铁的生化和生理功能 57 红细胞生成 细胞成熟的时间 天 骨髓 血液循环 干细胞 BFU E CFU E RBCs 促红细胞生成素 网织红细胞 铁 原红细胞 015192125 铁的生化和生理功能 BFU E 早期的红系祖细胞 又称爆式红系集落形成单位 CFU E 晚期红系祖细胞 红系集落形成单位 58 红细胞生成 多少红细胞被产生 250亿 24小时计数的细胞是网织红细胞 它占血液循环的总红细胞数的1 红细胞能存活120天 被脾脏破坏 红细胞的生成应该与红细胞的破坏相等 铁的生化和生理功能 59 1促红细胞生成素 EPO 2 铁3 维生素B12 氰钴维他命 4 叶酸 叶酸盐 5 抗坏血酸 维生素C 6 吡哆醇 维生素B6 7 氨基酸 铁的生化和生理功能 红细胞合成必须的因素 60 红细胞合成必须的因素 铁 Fe 是合成血红蛋白的必需原料 促红细胞生成素 EPO 促进晚期红系祖细胞 CFU E 的增殖