Docsity
Docsity

Przygotuj się do egzaminów
Przygotuj się do egzaminów

Studiuj dzięki licznym zasobom udostępnionym na Docsity


Otrzymaj punkty, aby pobrać
Otrzymaj punkty, aby pobrać

Zdobywaj punkty, pomagając innym studentom lub wykup je w ramach planu Premium


Informacje i wskazówki
Informacje i wskazówki

Wykład Metabolizm żelaza, Streszczenia z Transport

żelazo hemowe jest absorbowane przez białko transportujące hem (HCP1) w ... Biosynteza hemu prowadzi do powstawania reaktywnych form tlenu podczas:.

Typologia: Streszczenia

2022/2023

Załadowany 24.02.2023

Kuba2013
Kuba2013 🇵🇱

4.6

(48)

482 dokumenty

Podgląd częściowego tekstu

Pobierz Wykład Metabolizm żelaza i więcej Streszczenia w PDF z Transport tylko na Docsity! > JAGIELLONIAN UNIVERSITY „0 z M IN KRAKOW Wykład Metabolizm żelaza Żelazo - Żelazo jest ważnym kofaktorem wielu enzymów regulujących między innymi: * transport tlenu * oddychanie komórkowe * cykl Krebsa * metabolizm lipidów * syntezę DNA - W białkach wchodzi w skład: * reszt hemowych (np. w hemoglobinie) * reszt niehemowych (np. w reduktazie rybonukleotydów) - Wolne żelazo jest wysoce toksyczne dla komórek, indukując stres oksydacyjny i katalizując reakcję Fentona: Cairo et al. Genes and Nutrition 2006. Cairo et al. Genes and Nutrition 2006. Żelazo - absorbcja w jelicie Kaplan J. Cell 2002. Żelazo - absorbcja w jelicie - DMT1 (Nramp2, DCT1) jest symporterem (Me2+/H+): * transportuje Fe2+ oraz Mn2+ i Pb2+ * bardzo konserwatywny, homologi są u bakterii, drożdży i roślin - Żelazo w enterocytach wiązane jest przez ferrytynę. Ponieważ czas życia dojrzałych enterocytów to 2-5 dni, znaczna część pobranego żelaza nie jest transportowana dalej. - Żelazo nie związane z ferrytyną jest przekazywane do krwi przez ferroportynę (IREG1, MTP, Slc11a3): * ferroportyna nie ma homologów w organizmach jednokomórkowych * występuje także w łożysku, woreczku żółtkowym, makrofagach, hepatocytach - większość żelaza w organiźmie pochodzi ze zdegradowanych erytrocytów Wpływ żelaza na regulację ekspresji genów - Ferrytyna składa się z 24 podjednostek zbudowanych z łańcucha ciężkiego (~21 kDa, utlenia Fe2+ do Fe3+) i łańcucha lekkiego (~19 kDa, stabilizuje strukturę ferrytyny). Jedna cząsteczka ferrytyny może wiązać ok. 4500 atomów żelaza. Ma to podstawowe znaczenie dla ochrony komórek przed wzrostem stężenia wolnego żelaza uwalnianego przez aktywację HO. Ryter @ Tyrrel. Free Radic Biol Med. 2000. Żelazo - absorbcja przez komórki Cairo et al. Genes and Nutrition 2006. - Hepcydyna: * peptyd produkowany i wydzielany przez hepatocyty i kontrolujący gospodarkę żelazem oraz działający antybakteryjnie * niedobór hepcydyny prowadzi do nadmiernego pobierania żelaza * myszy z nadekspresją hepcydyny mają anemię - Ekspresja hepcydyny: * nasila się w odpowiedzi na zapalenie * jest regulowana przez TGF/SMAD4 * może być produkowana w dużych ilościach u pacjentów z nowotworami wątroby Żelazo - transport niezależny od transferyny - Najlepiej poznanym system transportu żelaza jest transferyna/receptory transferyny. Są jednak także inne systemy. * myszy Tf-/- mają anemię, ale mają duży poziom żelaza w hepatocytach i śledzionie * myszy TfR1-/- umierają in utero, ale część tkanek rozwija się normalnie - Jednym z potencjalnych systemów transportu może być NGAL (gelatinase- associated lipocalin) produkowany w komórkach nabłonka nerek. - NGAL wiąże żelazo i po związaniu jest endocytowany w sposób zależny od klatryny, ale niezależnie i odmiennie niż transferyna. - NGAL (siderokalina, lipokalina-2) wiąże żelazo przyłączone do sideroforów. Kaplan J. Cell 2002. zdrowa nerka uszkodzona nerka Dostarczanie żelaza do tkanek Kaplan J. Cell 2002. - We krwi żelazo transportowane jest przez transferrynę. - Żelazo związane z transferyną wiąże się do receptorów transferyny na komórkach docelowych; kompleksy są endocytowane w sposób zależny od klatryny. - We wczesnych endosomach żelazo oddysocjowuje z kompleksu i poprzez DMT-1 transportowane jest do cytozolu. - Żelazo z sideroforów związane z białkiem NGAL oddysocjowuje w późnych (bardziej kwaśnych) lizosomach. Syderofor pozostaje związany z białkiem NGAL i wraz z nim wraca na powierzchnię komórki. Cairo et al. Genes and Nutrition 2006. - IRP1 jest cytoplazmatycznym odpowiednikiem mitochondrialnej akonitazy (przekształcającej cytrynian do izocytrynianu w cyklu Krebsa): * w obecności żelaza IRP1 ma aktywne centrum 4Fe-4S i wykazuje aktywność akonitazy * przy braku żelaza białko nie zawiera kompleksu 4Fe-4S i działa jako białko wiążące się do mRNA * ta odwracalna przemiana holoproteina/apoproteina jest mechanizmem odczytującym poziom żelaza w komórce i regulującym jego pobieranie. - IRP2 jest białkiem bardzo podobnym do IRP1, ale nie ma aktywności akonitazy (nie zawiera kompleksu 4Fe-4S): * przy braku żelaza akumuluje się w komórkach * w obecności żelaza jest szybko degradowane w proteasomach * wiąże się do tych samych sekwencji co IRP1, ale również do sekwencji nierozpoznawanych przez IRP1 Żelazo - regulacja ekspresji genów Żelazo - regulacja ekspresji genów Cairo et al. Genes and Nutrition 2006. - Brak IRP1 i IRP2 jest letalny dla zarodków myszy, ale myszy z dysfunkcją tylko jednej form IRP żyją. - Myszy IRP1-/-: * fenotypowo normalne w warunkach kontrolnych (ale możliwe zaburzenia w regulacji eALAS i syntezie hemu) - Myszy IRP2-/-: * łagodna mikrocytoza * zmniejszona hematopoeza * nietypowa dystrybucja żelaza * neurodegeneracja - NO: zwiększa poziom IRP1, zmniejsza poziom IRP2. Hemochromatoza Cairo et al. Genes and Nutrition 2006. - Hemochromatoza to jedna z najczęstszych chorób wrodzonych (w Europie 1 na 200 osób). Jej objawem jest nasilona absorbcja żelaza prowadząca do: * nadmiernego poziomu żelaza między innymi w wątrobie, trzustce, sercu * uszkodzenia struktury i upośledzenia funkcji narządów * rozwoju marskości i nowotworów wątroby, chorób serca, cukrzycy - W komórkach linii erytroidalnej hem włączany jest prawie wyłącznie do hemoglobiny - W mięśniach większość hemu wchodzi w skład mioglobiny - We wszystkich typach komórek hem wchodzi w skład między innymi: * cytochromów b i c łańcucha oddechowego * monooksygenaz (cytochromów P-450, zwłaszcza w wątrobie) i dioksygenaz (dioksygenaza tryptofanowa, dioksygenaza indoleaminowa, cyklooksygenaza) * katalazy * peroksydazy glutationowej * laktoperoksydazy * chloroperoksydazy * NOS * sGC Hem w hemoproteinach Ryter @ Tyrrel. Free Radic Biol Med. 2000. cytochrom c Metabolizm hemu - synteza -Hem, choć jest niezbędnym kofaktorem wielu enzymów, w formie wolnej może powodować uszkodzenia błon komórkowych - Biosynteza hemu prowadzi do powstawania reaktywnych form tlenu podczas: * katalizowanego przez metale utleniania prekursora porfiryn, kwasu - aminolewulinowego (ALA) * reakcji fotochemicznej protoporfiryn-IX - ALA może akumulować się w tkankach u chorych na porfirie: * ALA przenika przez barierę krew-mózg może uszkadzać centralny system nerwowy i powodować neuropatię obwodową. * neurotoksyczność ALA związana jest z indukcją stresu oksydacyjnego i tworzeniem rodnika ALA' oraz anionorodnika ponadtlenkowego. Ryter @ Tyrrel. Free Radic Biol Med 2000. - Autooksydacja ALA w obecności oksyhemoglobiny prowadzi do utworzenia methemoglobiny i nadtlenku wodoru Ryter @ Tyrrel. Free Radic Biol Med 2000. - Nadtlenek wodoru i anionorodnik ponadtlenkowy tworzone w wyniku reakcji ALA prowadzą do powstawania rodnika hydroksylowego - ALA może bezpośrednio wpływać na metabolizm żelaza poprzez aktywację IRP-1. Prowadzi to do: * wzrostu ekspresji receptora transferyny * zahamowania ekspresji ferrytyny * zahamowania ekspresji eALAS zwiększenie stanu prooksydacyjnego Metabolizm hemu - synteza Metabolizm hemu - synteza Ryter @ Tyrrel. Free Radic Biol Med 2000. - Końcowe etapy syntezy hemu zachodzą w mitochondrium. Jest to: * utlenienie łańcucha bocznego * dehydrogenacja cytoplazma mitochondrium - Fe2+ może być odwracalnie utleniane do formy Fe3+, tworząc: * hematynę (PPIX-Fe(III)-OH-) * heminę (PPIX-Fe(III)-Cl-) Oates & West. World J Gastroenterol. 2006. Metabolizm hemu - synteza Mutacje w genach syntezy hemu Ryter @ Tyrrel. Free Radic Biol Med. 2000. - Mutacje w genach kodujących enzymy szlaku syntezy hemu prowadzą do chorób wrodzonych: Porfirie Jacobo et al. Dermatology 2005 Metabolizm hemu - transport Ryter @ Tyrrel. Free Radic Biol Med. 2000. - Większość hemu u ssaków wchodzi w skład hemoglobiny, która syntetyzowana jest w komórkach erytroidalnych, a ulega degradacji w wątrobie, nerkach, a zwłaszcza w śledzionie. - Hemoglobina i hem mogą być uwalniane z erytrocytów w wyniku hemolizy. * Wolny hem tworzy kompleksy z hemopeksyną oraz i albuminą. * Wolna hemoglobina tworzy kompleksy z haptoglobiną. * Kompleksy te wiążą się z receptorami fagocytów wątroby i są endocytowane; następnie hem jest degradowany przez oksygenazy hemowe (HO-1 i HO-2). - Nowopowstały lub uwolniony z hemoprotein hem tworzy pulę wolnego hemu, którego stężenie wynosi ok. 0.1-0.2 M. Wyższe stężenia hemu mogą być toksyczne. Stężenie wolnego hemu zwiększa się np. w wyniku: * stresu oksydacyjnego (H2O2 uwalnia hem z oksyhemoglobiny) * UV (uwalnia hem z cytochromów P-450) - Hem uwolniony z jednego typu białka może zostać wykorzystany do syntezy innego typu białka (choć hem z hemoglobiny nie jest wykorzystywany do syntezy nowej cząsteczki hemoglobiny) lub zdegradowany przez HO. - Haptoglobina: * białko ostrej fazy produkowane przez wątrobę * wiąże hemoglobinę ze stałą ponad 10-15 mol/L * kompleksy haptoglobina- hemoglobina są usuwane po związaniu do receptorów i endocytozie przez fagocyty - w krążeniu praktycznie nie ma wolnej hemoglobiny * klirens jest bardzo szybki: ~15 mg hemoglobiny/100 ml surowicy/h. * nawet po ostrej hemolizie poziom haptoglobiny bardzo szybko spada i białko staje się niewykrywalne we krwi * haptoglobina ma duże znaczenie antyoksydacyjne i chroni układ krążenia przed stresem oksydacyjnym. Metabolizm hemu - transport Sassa S.Antioxid Redox Signal. 2004. Ę m MITOCHONDRIA Glycine aucciny COA—— „i A synthase Synthesis of I ALA- synthase mRNA Synthesis of + Heme Oxygenase mRNA| Synthesis of |4—=——" | Recticuloendothelial Apoprotein mRNA Tissues Apoprotein P450, e NOS, iINOS, COX-1/-2, TxA2, hemoglobin, Catalse, Mitochondrial cytochrome , b5, other heme-dependent. Abraham 6 Kappas. Pharmacologic Rew 2008. - Oksygenaza hemowa została opisana w 1968 roku jako mikrosomalny enzym wątrobowy. Znane są 2 formy: * indukowalna HO (HO-1) * konstytutywna HO (HO-2) - Obie formy katalizują tą samą reakcję, ale różnią się strukturą, wielkością i aktywnością. Metabolizm hemu - degradacja Ryter @ Tyrrel. Free Radic Biol Med. 2000. Metabolizm hemu - degradacja Ryter @ Tyrrel. Free Radic Biol Med. 2000. - HO katalizuje degradację PPIX-Fe(III) do: * CO * jonów żelaza Fe2+ * biliwerdyny - W reakcji zużywane są 3 cząsteczki O2 i 3 cząsteczki NADPH, a w jej wyniku najpierw uwalniany jest CO i powstaje ferribiliwerdyna. - Następnie kolejna redukcja zależna od NADPH przekształca ferribiliwerdynę do biliwerdyny, uwalniając przy tym Fe2+. Oksygenaza hemowa-1 (HO-1) - HO-1 jest indukowalnym enzymem mikrosomalnym (ale obecnym także w jądrze i mitochondriach) o masie 32,000 Da. Abraham & Kappas. Pharmacologic Rew 2008. Oksygenaza hemowa-1 (HO-1) - Gen HO-1 zlokalizowany jest na chromosomie 22; zbudowany jest z 5 egzonów i 4 intronów i obejmuje 14 kb. - Białko HO-1 jest zlokalizowane w kaweolach, razem z kaweoliną-1 i BvR. Tworzy kompleks z BVR i reduktazą cytochromu P450 na błonie retikulum. - HO-1 przyłączona jest do błony retikulum za pośrednictwem sekwencji zlokalizowanej przy C-końcu. HO-1 pozbawiona C-końca (działanie kalpainy?) staje się hydrofilowa i może lokalizować się w jądrze. Ta krótsza forma jest enzymatycznie nieaktywna. - HO-1 może być fosforylowana, ale nie ma możliwości autofosforylacji. kontrola hemina zapalenie Abraham & Kappas. Pharmacologic Rew 2008. Oksygenaza hemowa-2 (HO-2) - HO-2 jest konstytutywnym enzymem o masie 34,000 Da. - Kodowana jest przez inny gen niż HO-1, ale wykazuje ok. 40% homologii na poziomie sekwencji aminokwasowej. - O ile HO-1 koduje tylko 1 transkrypt, HO-2 koduje kilka transkryptów. W efekcie istnieją co najmniej 2 izoenzymy HO-2, które różnią się w szczegółach mechanizmów regulacji aktywności. - Silna ekspresja HO-2 jest wykrywana w: * śródbłonku * neuronach i astrocytach * jądrach (w komórkach Leydiga) * łożysku (także w śródbłonku łożyskowym) ekspresja HO-2 w łożysku Bilirubina i biliwerdyna - przeciwutleniacze Ryter @ Tyrrel. Free Radic Biol Med. 2000. - W fizjologicznych stężeniach tlenu (2%) zarówno biliwerdyna jak i bilirubina mają działanie antyoksydacyjne: * chronią nienasycone kwasy tłuszczowe przed utlenieniem, nie mniej efektywnie niż -tokoferol. * bilirubina w kompleksie z albuminą surowicy chroni przed peroksydacja lipidy związane z albuminą i chroni albuminę przed degradacją indukowaną przez rodnik hydroksylowy. * Koniugaty biliwerdyny (takie jak w żółci) chronią lipidy przed peroksydacją. * Bilirubina i biliwerdyna działają synergistycznie z -tokoferolem i zmniejszają zużycie -tokoferolu. * W surowicy endogenne antyoksydanty zużywane są w kolejności: ubichinol-10, askorbinian i bilirubina. Czyli bilirubina chroni lipidy przed peroksydacją po wyczerpaniu endogennych antyoksydantów. * Bilirubina reaguje z anionorodnikiem ponadtlenkowym i HOCl, chroni również białka przed fotooksydacją. Jest zlokalizowana głównie w błonach. - Koniugaty bilirubiny i miedzi maja aktywność prooksydacyjną. Bilirubina i biliwerdyna - przeciwutleniacze - Akumulacja bilirubiny u noworodków (żółtaczka noworodków) może prowadzić do encefalopatii i neurotoksyczności. - W stężeniach 30-70 M bilirubina powoduje lizę erytrocytów. - W stężeniach nanomolarnych jest neuroprotekcyjna. Ryter @ Tyrrel. Free Radic Biol Med. 2000. wewnątrz komórek stężenie bilirubiny jest 10,000 razy niższe niż GSH - BVR jest enzymem obecnym we wszystkich komórkach. - Jest enzymem konserwatywnym ewolucyjnie: występuje u ssaków i innych kręgowców oraz np. krasnorostów. Wśród ssaków homologia BvR to około 80%. - Gen BVR składa się z 8 egzonów i 7 intronów, obejmuje 17,025 bp. Reduktaza biliwerdyny (BVR) Sedlar & Snyder. Peditrix 2004. - Białko BVR zlokalizowane jest w kaweolach błony komórkowej, w cytoplazmie i w jądrze - BVR jest reduktazą o dwóch optimach pH: 7.0 (wtedy źródłem wodoru jest NADH) oraz 9.0 (wtedy źródłem wodoru jest NADPH). - Jest kinazą serynowo-treoninową. - Jest także kinazą tyrozynową – prowadzi autofosforylację, a autofosforylacja jest konieczna do redukcji biliwerdyny do bilirubiny. - BvR jest czynnikiem transkrypcyjnym z domeną suwaka leucynowego. Działa jako dimer i wiąże się do sekwencji rozpoznającej AP-1.