Metabolismul calciului și al fierului

Spanacul inhibă absorbția calciului! Imagine: „Spanac” de Daniella Segura. Licență: CC BY 2.0

Metabolismul calciului

Calciu

Calciul este cel mai frecvent mineral găsit la om; fiecare persoană transportă în jur de 1-1,5 kg în corpul său. Aproximativ 99% din acestea sunt stocate în oase sub formă de fosfat de calciu. Acesta servește drept rezervor pentru a compensa fluctuațiile nivelului seric de Ca 2+. Ca 2+ din ser se leagă 46% de proteine și aproximativ 6% de fosfat. Doar restul de 48% sunt eficiente din punct de vedere biologic, motiv pentru care trebuie luată întotdeauna în considerare concentrația de proteine serice la evaluarea serului Ca 2+.

Nivelul de Ca 2+ este supus unei reglementări foarte precise, deoarece chiar și fluctuațiile mici pot avea un impact major asupra excitabilității celulelor corpului. Chiar și creșteri mici ale nivelului de Ca 2+ stabilizează membrana celulară, adică H. pragul de excitație crește. În schimb, pragul de excitare poate fi redus cu niveluri scăzute de Ca 2+ într-o asemenea măsură încât apar convulsii.

Valoarea normală este cuprinsă între 2,5 și 2,6 mmol/l sânge, deși boala este presupusă doar sub 2,2 mmol/l și peste 2,65 mmol/l. Necesarul zilnic al unui adult este de aproximativ 0,8 g/zi, cel al femeilor însărcinate sau al copiilor este de aproximativ două ori mai mare. Doar 30% din calciul absorbit este absorbit în intestin, în timp ce restul este excretat în scaun.

Hormonul paratiroidian

În reglarea metabolismului calciului sunt implicați mai mulți hormoni, dintre care primul este hormonul paratiroidian (PTH). Se formează în cele patru glande paratiroide asociate (corpuri epiteliale) și crește nivelul seric de Ca 2+ (notă: hormonul paratiroidian oferă Ca 2+).

PTH realizează acest lucru, pe de o parte, prin activarea osteoclastelor din os, care mobilizează calciu și fosfat din os. Pe de altă parte, PTH crește reabsorbția de Ca 2+ în rinichi în timp ce scade reabsorbția fosfatului.

Pe lângă aceste două reglementări destul de directe, PTH intervine și în metabolismul calciului în altă parte. Crește activitatea enzimei 1α-hidroxilază, care catalizează hidroxilarea finală a 25 (OH) -vitaminei D3 la 1α, 25 (OH) 2-vitamina D3, care este forma activă a vitaminei (calcitriol) . Calcitriolul favorizează apoi absorbția de Ca 2+ în intestin.

Atât Ca 2+ cât și calcitriolul inhibă, în sensul unui feedback negativ, formarea PTH.

Calcitonină

Calcitonina este produsă de așa-numitele celule C ale glandei tiroide. Practic, calcitonina este antagonistul PTH. Ca rezultat, inhibă activitatea osteoclastelor în os și, prin urmare, reduce eliberarea de Ca 2+ și fosfat. În același timp, reduce reabsorbția de Ca 2+ și fosfat în rinichi.

Cu toate acestea, funcționează în aceeași direcție în ceea ce privește formarea calcitriolului în rinichi, calcitonina crește și aceasta.
Stimulul pentru eliberarea calcitoninei este creșterea scurtă a nivelului seric de Ca 2+. Dacă nivelul de Ca 2+ este crescut pe termen lung, cu toate acestea, secreția de calcitonină se normalizează din nou. În general, importanța calcitoninei pentru gospodăria Ca 2+ este destul de scăzută, deoarece nivelul de Ca 2+ rămâne neschimbat chiar și după eliminarea glandei tiroide.

Calciferoli

Ultimul hormon implicat în metabolismul calciului este calcitriolul (hormonul vitaminei D, 1,25 dihidroxicolecalciferol), pe care organismul însuși îl sintetizează din colesterol prin intermediul vitaminei D. Etapele de sinteză au loc în ficat (colesterol până la 7-dehidrocolesterol), în piele (7-dehidrocolesterol până la colecalciferol), din nou în ficat (colecalciferol la 25-hidroxicolecalciferol) și, în final, la rinichi (25-hidroxicolecalciferol la 1,25-dihidroxicolecalciferol ) din.

Produsul final, numit și calcitriol, are un caracter lipofil și, prin urmare, acționează prin intermediul receptorilor intracelulari cu domenii deget de zinc. Acesta mediază o creștere a activității osteoblastelor în oase, ceea ce duce la încorporarea de calciu și fosfat. În rinichi, forma activă a colecalciferolului crește reabsorbția calciului și fosfatului. Mai mult, calcitriolul crește absorbția de Ca 2+ și fosfat în intestin, acest lucru se întâmplă prin inducerea genelor pentru Ca 2+ -ATPaza și calbindina proteinei de legare a Ca 2+.

Formarea calcitriolului este reglementată de un mecanism de feedback clasic. Creșterea nivelului seric de Ca2+ inhibă formarea calcitriolului, în timp ce scăderea nivelului seric de Ca2+ favorizează formarea calcitriolului. În plus, produsul final în sine inhibă formarea acestuia (feedback negativ). Toate aceste reglementări atacă 1α-hidroxilaza. Calcitriolul inhibă, de asemenea, eliberarea de PTH.

În general, calcitriolul crește nivelurile serice de Ca 2+ și fosfat, deși osul este mai probabil să se acumuleze decât să se descompună.

Metabolismul fierului

Funcția și distribuția

Fierul este poate cel mai cunoscut și unul dintre cele mai importante oligoelemente din corpul uman. Conținutul de fier al unui adult este cuprins între 3-5 g, dintre care aproximativ 70% este legat în hemoglobină și mioglobină și 20% ca depozit (feritină, hemosiderină). Restul de 10% este reprezentat de enzime non-hem (aproape 10%) și mai puțin de 1% pentru enzime hem, grupuri de fier-sulf și fier de transport (transferrin).

Necesarul mediu zilnic este de 10 mg. În funcție de necesarul curent de fier, doar între 10 și 40% din fierul furnizat oral este absorbit ca activitate secundară, printr-un co-transportor H + -Fe2 + (DMT1). Este important ca numai fierul bivalent să poată fi absorbit, motiv pentru care vitamina C sau o reductază ferică trebuie să transforme Fe3 + în Fe2 +.

După ce fierul de pe latura bazolaterală a celulelor mucoasei a fost eliberat în sânge prin feroportină (IREG), acesta se leagă de apotransferină (apotransferină + fier = transferină). Cele două forme de depozitare menționate mai sus sunt disponibile pentru fierul care nu este necesar. Cu toate acestea, pentru depozitare în feritină (apoferritină + fier), Fe2 + trebuie oxidat din nou la Fe3 +. Acest lucru se întâmplă în citozolul ficatului, măduvei osoase și celulelor splinei prin ceruloplasmină. A doua formă de stocare a fierului este hidroxidul de fier din hemosiderină.

Reglarea metabolismului fierului are loc în primul rând la nivelul translației receptorului transferinei (TfR), apoferritinei și acidului δ-aminolevulinic (δ-ALA) sintază. Se bazează pe proteina de legare a elementului de legare a răspunsului la fier (IRE-BP), care servește ca senzor de fier intracelular și influențează traducerea proteinelor menționate.

Concentrațiile scăzute de fier determină IRE-BP să se lege de elementul de răspuns al fierului (IRE) al ARNm al celor trei proteine. Defalcarea ARNm-ului TfR este inhibată, astfel încât mai mult fier poate fi absorbit. În același timp, traducerea apoferritinei și a ARNm δ-ALA sintazei este inhibată, rezultând că mai puțin fier este stocat sub formă de feritină și încorporat în hemoglobină.

Nivelurile ridicate de fier asigură că IRE-BP leagă fierul sub formă de clustere 4Fe-4S și astfel își pierde capacitatea de legare a ARNm. ARNm-ul TfR este degradat în timp ce se promovează traducerea apoferritinei și a ARNm δ-ALA sintază.

Cea mai importantă funcție a fierului în corpul uman este de a transporta oxigenul în hemoglobină și mioglobină. În plus, fierul joacă un rol important în sistemul imunitar și nervos, precum și în piele, păr, unghii și metabolism.

Sinteza moleculei hemului

Sinteza hemoglobinei are loc în principal în măduva osoasă și în diferite celule progenitoare ale eritrocitelor. Hemul reprezintă partea porfirină a hemoglobinei, în timp ce „-globina” este partea proteică. O moleculă de hemoglobină este formată din patru lanțuri de globină (lanțuri 2α și 2ß) și patru molecule de hem sau porfirină. Structura de bază a porfirinei este un inel format din patru inele pirolice, porfirinogenul, care este modificat în continuare până când porfirina se formează în cele din urmă.

Pașii sunt detaliați:

Succinil-CoA și glicina reacționează pentru a forma acidul δ-aminolevulinic (δ-ALS), enzima catalizatoare este δ-ALA sintaza, care necesită fosfat piridoxal (PALP, vitamina B6) pentru decarboxilare. Δ-ALA sintaza este enzima cheie în biosinteza hemului; este inhibată de produsul său final, care acționează atât ca inhibitor alosteric, cât și la nivelul genei. Această primă reacție are loc în mitocondrie, de unde δ-ALS rezultată ajunge acum la citosol.

Δ-ALS dehidrataza catalizează condensarea a două molecule ALS pentru a forma porfobilinogen.

În cele ce urmează, porfobilinogenul și uroporfirinogenul III sunt formate din patru molecule.

Uroporfirinogenul III rezultat este apoi decarboxilat în Koproporfirinogen III.

Coproporfirinogenul III se întoarce acum în mitocondrie și este transformat acolo în protoporfirinogen IX.

Protoporfirinogenul IX este acum oxidat în protoporfirină IX.

În ultima etapă, enzima ferochelatază încorporează ionul de fier divalent.

Heme defalcare

Eritrocitele au o durată de viață de aproximativ 120 de zile, după care organismul trebuie să elimine hemoglobina care se acumulează. Partea globinei este descompusă în aminoacizii săi, care sunt introduși în metabolism.

Defalcarea hemului începe în sistemul fagocitar mononuclear (MPS) al splinei, unde inelul hemului este descompus de hemo oxigenaza dependentă de citocromul P450. Sunt necesare oxigen și NADPH/H +.

Produsul acestei reacții este biliverdina verde, care este redusă la bilirubină portocalie de către biliverdin reductază cu ajutorul NADPH/H +, precum și monoxid de carbon (CO) și fier, care este reîncorporat în hemoglobină.

Bilirubina rezultată, legată de albumină (bilirubina indirectă), este transportată la ficat, unde este cuplată dublu cu acidul glucuronic activat (acidul UDP-glucuronic). Enzima responsabilă este glucuronil transferaza, se produce digirucuronid bilirubinic. Această bilirubină directă, ușor solubilă în apă, este acum excretată în bilă.