• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Białka niezbędne w mechanizmie zaopatrzenia w żelazo

    10.08.2010. 21:12
    opublikowane przez: Redakcja Naukowy.pl

    Wyniki nowych, dofinansowanych ze środków unijnych badań, które zostały przeprowadzone w Niemczech, pokazują, że żelazo jest niezbędne organizmowi do przetrwania, ale jego zbyt wysokie ilości mogą być szkodliwe i prowadzić nawet do niewydolności organów. Naukowcy z Europejskiego Laboratorium Biologii Molekularnej (EMBL) w Heidelbergu odkryli, że białka regulujące poziom żelaza (IRP) są niezbędne komórce do przeżycia, ponieważ dbają o zachowanie prawidłowego bilansu żelaza. W szczególności białka IRP odgrywają zasadniczą rolę w zapewnieniu prawidłowej pracy mitochondriów - energetycznej maszynowni komórki. Wyniki badań zostały opublikowane w czasopiśmie Cell Metabolism.

    Źródłem unijnego wsparcia dla prac był projekt EUROIRON1 (Kontrola genetyczna patogenezy chorób oparta na akumulacji żelaza), który otrzymał 2,8 mln EUR z tematu "Nauki o życiu, genomika i biotechnologia na rzecz zdrowia" Szóstego Programu Ramowego (6PR).

    Mitochondria zaopatrują komórki w adenozynotrifosforan (molekułę, która przechowuje potrzebną nam energię), hem (podstawowy składnik hemoglobiny) oraz klastry żelazowo-siarkowe (ISC). Zespół EMBL odkrył, że dostarczanie przez mitochondria żelaza oraz jego funkcja zależą od białek IRP, cytosolowych białek wiążących RNA (kwas rybonukleinowy), które sterują translacją i stabilnością mRNA (matrycowego kwasu rybonukleinowego).

    Z tego względu mitochondria potrzebują żelaza do funkcjonowania, ale przekształcają je również w inne środki do życia dla pozostałych części komórki np. w ISC czy hem.

    Dzięki wykorzystaniu nowych modeli myszy opracowanych na potrzeby badań, naukowcy stwierdzili, że myszy, których hepatocyty (komórki wątroby pełniące kilka życiowych funkcji metabolicznych) są pozbawione zarówno IRP1, jak i IRP2 cierpią na niedobór żelaza i związaną z tym dysfunkcję mitochondriów, która prowadzi do niewydolności wątroby i śmierci.

    Współautor raportu z badań, dr Bruno Galy z EMBL, powiedział: "Myszy, których komórki wątroby nie są w stanie wytwarzać białek IRP umierają z powodu niewydolności wątroby kilka dni po urodzeniu. Mitochondria w takich komórkach mają wady budowy i nie funkcjonują prawidłowo, ponieważ nie mają wystarczającej ilości żelaza."

    Naukowcy odkryli również, że kiedy komórki nie mogą wytwarzać białek IRP, ilość żelaza przenikającego do komórek znacząco się obniża, a aktywność systemów przechowujących i eksportujących żelazo w komórce staje się nadmierna. W następstwie niedoboru żelaza, mitochondria nie otrzymują jego wystarczającej ilości i nie funkcjonują tak jak powinny. To z kolei prowadzi do niemożności wytworzenia wystarczającej ilości ISC i hemu dla tych części komórek, które są od nich zależne.

    W swoim raporcie autorzy podsumowują, że wyniki "odkrywają główną rolę, jaką pełnią białka IRP w biologii komórki - zapewnienie odpowiedniego zaopatrzenia mitochondriów w żelazo dla prawidłowego funkcjonowania tych kluczowych organelli".

    "Dysponujemy przesłankami, które wskazują, że to prawdopodobnie uniwersalny proces wykorzystywany przez większość komórek do kontrolowania zawartości żelaza i zapewniania mitochondriom jego wystarczającej ilości" - mówi członek zespołu EMBL, dr Matthias Hentze.

    Dlatego proces regulacji bilansu żelaza może mieć szczególnie istotne znaczenie dla komórek, które są uzależnione do bardzo wysokich ilości mitochondrialnego żelaza. Wśród nich są prekursory erytrocytów, które wytwarzają hem do transportu tlenu.

    Jednakże występują takie przypadki, w których mitochondria nie są w stanie wykorzystać żelaza, co komórka postrzega jako objaw niedoboru żelaza i reaguje poprzez aktywowanie białek IRP. To powoduje szkodliwe przeciążenie mitochondriów żelazem, co może wyjaśniać mechanizm chorób, w których komórki nie są w stanie wbudować żelaza w hemoglobinę, tak jak w przypadku dziedzicznej niedokrwistości syderoblastycznej (kiedy szpik kostny nie jest w stanie wytwarzać normalnych erytrocytów). EMBL kontynuuje obecnie swoje badania w tym kierunku.

    Za: CORDIS

    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    Całkowita zdolność wiązania żelaza (TIBC – ang. Total Iron Binding Capacity) – badanie laboratoryjne polegające na określeniu maksymalnej ilości żelaza potrzebnego do całkowitego wysycenia białka transferyny, która jest podstawowym nośnikiem żelaza w osoczu. 1 mol transferyny jest w stanie transportować jednocześnie 2 mole żelaza. Dzięki tej prawidłowości wykonując tańsze badanie TIBC pośrednio można poznać stężenie transferyny w osoczu. Badania TIBC nie należy mylić z UIBC (utajona zdolność wiązania żelaza). Centra żelazowo-siarkowe, centra żelazo-siarkowe – to grupy prostetyczne wielu enzymów. Występują one w białkach wszystkich żywych organizmów, między innymi w niektórych enzymach mitochondrialnego łańcucha oddechowego (reduktaza NADH-Q, reduktaza bursztynian-Q, białko Rieske) i są niezbędne do życia komórki. Centra żelazo-siarkowe znajdują się w białkach z tak zwanym żelazem niehemowym. Znanych jest kilka rodzajów centrów żelazo-siarkowych. Najprostsze z nich zawiera jeden jon żelaza połączony z czterema resztami cysteiny. Drugi rodzaj określany 2Fe-2S składa się z dwóch jonów żelaza połączanych dwoma atomami siarki nieorganicznej. Jednocześnie każdy z jonów żelaza koordynowany jest zwykle dwoma resztami cysteiny. Trzeci rodzaj centrów 4Fe-4S składa się z czterech jonów żelaza i czterech atomów siarki nieorganicznej połączonych w kształt sześcianu. Ten rodzaj centrów występuje w białku Rieske. Transferyna – białko regulujące stężenie jonów żelaza w osoczu krwi i transportujące je do tkanek. Jedna cząsteczka transferyny jest w stanie transportować jednocześnie dwa atomy żelaza. Istotną cechą transferyny jest jej duża masa cząsteczkowa (79 570 Da), dzięki czemu nie ulega filtracji w kłębuszkach nerkowych (filtracji ulegają cząsteczki o masie < 58 kDa), co zabezpiecza organizm przed utratą żelaza. Transferyna wysycona żelazem łączy się z receptorem transferyny i na drodze endocytozy kompleks ten zostaje wchłonięty do wnętrza komórki, gdzie dochodzi do uwolnienia żelaza, po czym kompleks wraca na błonę komórkową i apotransferyna (czyli transferyna niewysycona żelazem) wraca do krwiobiegu. Badaniem laboratoryjnym dotyczącym transferyny jest TIBC.

    Rdza – niejednolita warstwa produktów utleniania żelaza i jego stopów (np. stali) w wodzie, wilgotnej atmosferze lub gruncie, zawierająca głównie tlenki i wodorotlenki żelaza. Taki proces niszczenia powierzchni metali jest zwany korozją. Potocznie termin „rdza” bywa też stosowany do określenia innych warstw produktów utleniania metali, w tym utleniania żelaza w gazach suchych lub utleniania stopów metali nieżelaznych (np. zgorzelina, śniedź, warstwy pasywujące). Przy wystarczającej ilości czasu, tlenu i wody, każda masa żelaza ostatecznie przekształca w całości w rdzę i rozpada się. Hemosyderyna – kompleks białkowy magazynujący żelazo w komórkach. Zawiera mikrokryształy tlenowodorotlenenku żelaza(III), Fe(O)OH, związane z białkiem, a także fosforany i jony innych metali. Wraz ferrytyną jest główną formą przechowywania nadmiaru żelaza w wątrobie, występuje również w śledzionie i szpiku ssaków. Tworzy nieregularne, nierozpuszczalne agregaty widoczne pod mikroskopem optycznym i elektronowym. Powstaje głównie w wyniku degradacji ferrytyny-L. Żelazo zmagazynowane w hemosyderynie jest słabo biodostępne, może być jednak łatwo uwolnione, prowadząc do niszczenia komórek miąższowych.

    Fougeryt (zielona rdza) – minerał żelaza występujący w poziomie glejowym gleby i odgrywający istotną rolę w obiegu żelaza w przyrodzie oraz tworzeniu złoży tlenków żelaza. Budowa niebieskozielonych składników gleby występujących w warunkach dużej wilgotności i braku dostępu powietrza, określanych jako zielona rdza, badana była od kilkudziesięciu lat, jednak zaklasyfikowanie tych struktur przez International Mineralogical Association jako minerału nastąpiło dopiero w roku 2004 (pod numerem IMA 2003-057). Hemochromatoza pierwotna, inaczej cukrzyca brunatna lub brązowa, czyli przeciążenie żelazem, jest dziedziczną chorobą metaboliczną, w której dochodzi do nadmiernego wchłaniania żelaza z pożywienia. U zdrowego człowieka żelazo podlega procesowi recyrkulacji – uwolnione z rozpadających się krwinek czerwonych jest wbudowywane do nowo powstających erytrocytów. Gdy poziom żelaza we krwi jest obniżony, organizm wchłania je z pożywienia, kiedy jednak jego zapasy w różnych tkankach i narządach są duże, ujawnia się cukrzyca i może dojść do uszkodzenia serca, wątroby, trzustki, jąder i stawów. W narządach tworzą się złogi hemosyderyny. Przyczyną uszkodzeń w chorobie jest nadmierne utlenianie lipidów z powodu obecności większej ilości wolnych rodników, stymulację produkcji kolagenu, a także bezpośrednie działanie na DNA.

    Hipochromia, niedobarwliwość – stan krwinek czerwonych, w których znajduje się mniejsza niż prawidłowo ilość hemoglobiny. W badaniu mikroskopowym krwinki takie wykazują w środku blade przejaśnienia. Hipochromia jest cechą niedokrwistości z niedoboru żelaza. Niewydolność wątroby – niezdolność wątroby do spełniania prawidłowych funkcji metabolicznych oraz syntezy białek. Wyróżnia się dwie główne postacie niewydolności wątroby:

    Żelazian(VI) potasu (żelazian potasu), K2FeO4 – nieorganiczny związek chemiczny, sól potasowa kwasu żelazowego (nieistniejącego w stanie wolnym). Ta fioletowa sól stanowi rzadki przypadek związku żelaza na VI stopniu utlenienia. Zwykle pierwiastek ten tworzy połączenia na stopniu utlenienia II lub III. Z uwagi na bardzo wysoki stopnień utlenienia żelaza anion FeO4 jest silnym utleniaczem. K2FeO4 znajduje zastosowanie w tzw. zielonej chemii, ponieważ produktami ubocznymi jego użycia są stosunkowo obojętne dla środowiska tlenki żelaza a pozostałości samego związku szybko rozkładają się w wodzie (w odróżnieniu np. od chromianów, które mogą pozostawać w środowisku dłużej i mają m.in. działanie kancerogenne). Duża nietrwałość w roztworach wodnych stanowi jednak poważny problem w próbach stosowania żelazianu w laboratoriach oraz przemyśle. Nadto do niektórych procesów jego zdolności utleniające są zbyt duże.

    Tlenek żelaza(III), Fe2O3nieorganiczny związek chemiczny z grupy tlenków, w którym żelazo występuje na III stopniu utlenienia. Związek ten jest głównym składnikiem rdzy, najczęściej spotykany spośród tlenków żelaza.

    Fumaran żelaza(II) – organiczny związek chemiczny z grupy fumaranów, sól kwasu fumarowego i żelaza na II stopniu utlenienia. Jest to czerwono-pomarańczowy lub czerwono-brązowy proszek, słabo rozpuszczalny w wodzie i jeszcze słabiej w etanolu. Otrzymuje się go w reakcji siarczanu żelaza(II) z fumaranem sodu. Wiropeksja to sposób wirusów wnikania do komórki. Polega on na wykorzystaniu naturalnych mechanizmów komórki. W przypadku wirusa, kiedy przyłącza się on do komórki, ta "wyczuwając" znane jej białko wpuszcza agresora do cytoplazmy, dzięki czemu wirus może zaaplikować się w jej wnętrzu. Wirus ma białko takie samo jak komórka tylko na "wystających nitkach". To dzięki nim może wniknąć do środka komórki. Gdy owe "niteczki" zostaną na powierzchni komórki, w jej środku rozpoznawalne zaczyna być obce białko, które komórka niszczy. W ten sposób wirus "wpuszcza" do jądra komórkowego swój materiał genetyczny, który może się ulotnić z niszczonego przez komórkę kapsydu.

    Dodano: 10.08.2010. 21:12  


    Najnowsze