<<
>>

Значение марганца для гомеостаза железа

Марганец - эссенциальный микроэлемент и кофактор более 200 бел­ков. В клетках, значительная часть запасов марганца сосредоточена в ми­тохондриях, поэтому марганцем наиболее богаты органы, содержащие значительные количества митохондрий: мозг, печень, почки, плацента, поджелудочная железа, кишечник.

Пищевыми источниками марганца яв­ляются чай, стручковые, орехи, клюква, черника. Марганец всасывается в кишечнике, всасыванию препятствуют соединения кальция, избыток желе­за, фосфаты, оксалаты. При дефиците железа, наоборот, биоусвояемость марганца повышается (Ребров, Громова, 2008).

Адекватный уровень потребления марганца: 2 мг/сут. При недостаточ­ном потреблении марганца и нарушениях гомеостаза этого элемента воз­никает дефицит марганца (рубрикация Е61.3 по МКБ-10). Дефицит марган­ца сопровождает различные формы анемии, ДЦП, сахарный диабет, кар­диомиопатию, задержку физического развития. К клиническим симптомам марганцевого дефицита относятся:

• повышенная хрупкость костей,

• нарушения образования хрящевой ткани;

• аномалии развития скелета и дисплазия соединительной ткани;

• задержка роста волос и ногтей;

• дерматиты;

• инсулинрезистентность;

• повышение уровня холестерина;

• жировой гепатоз;

• диспепсия;

• бесплодие;

• обостренные аллергические реакции.

Разносторонняя симптоматика дефицита обусловлена тем, что ионы марган­ца необходимы для поддержания различных физиологических процессов:

• Кроветворение (гемопоэз);

• Иммунитет (стимулирует рост Т- и В-клеток, фагоцитоз);

• Метаболизм катехоламинов;

• Антиоксидантная защита клетки;

• Защита нейронов от апоптоза;

• Обмен гормонов щитовидной железы;

• Энергетический метаболизм (расщепление углеводов и жиров);

• Метаболизм соединительной ткани.

Анализ функциональных взаимосвязей между функциями железа и марганца показал, что марганец влияет на функцию 22 белков, вовлечен­ных в гомеостаз железа.

Эти белки можно сгруппировать в 5 биохимических функциональных групп. Каждый из этих белков связывает либо ион железа, либо гем, либо молекулярных кислород. Большинство белков вовлечены в ответ организма на состоянии гипоксии. Информация о белках и соответс­твующих генах суммирована в таблице 4, краткая информация о каждой из функциональных групп белков представлена ниже.
Биохимическая

функциональная

группа

Число

белков

Биологическое значение
Серин-треонин

фосфатазы

14 Внутриклеточная передача сигнала
Гуанилат-циклазы 4 Передача сигнала от окиси азота (N0)
Ион-транспортеры 2 Распределение Fe в печени и организме
Малат дегидрогеназа 1 Метаболизм сахаров
Митохондральная

пептидаза

1 Импорт белков гомеостаза Fe в митохондрии
Таблица 4. Функциональные группы Мп-зависимых белков, влияю­щих на биологические функции железа

Серин-треонин фосфатазы ^/Т-фосфатазы, кодируются генами PPP1CA, PPP2CA, РРР2СВ, РРР4С, РРР5С, РРР6С и т.д.) - ферменты, гидролизующие фосфорилированные формы остатков серина и треонина белков. Так как фосфорилирование и дефосфорилирование аминокис­лотных остатков повсеместно используется в клетке как способ переда­чи сигнала, фосфатазы модулируют передачу самых различных сигналов, имеющих принципиальное значение для выживания клетки. Например, ак­тивность S/T-фосфатазы 1 необходима для деления клетки, метаболизма гликогена, мышечного сокращения и синтеза белка. Так как и марганец, и железо необходимы для активности S/T-фосфатаз, то дефицит этих эле­ментов будет приводить к замедлению роста клеток, в т.ч. эритроцитов.

Модель пространственной струк­туры S/T-фосфатаз показана на Рис. 5.

Рис. 5. Пространственная струк­тура S/T-фосфатаз (на примере S/T-фосфатазы 1). Показаны атом марганца (меньшая сфе­ра), атом железа (большая сфера) и молекула ингибитора (решетчатая модель) в активном центре фермента (модель на ос­нове PDB 3Е7А, 3Е7В).

Гуанилат-циклазы (гены GUCY1A2, GUCY1A3, GUCY1B2, GUCY1B3) мо­дулируют передачу сигнала от окиси азота (NO). Окись азота, наименьшая из сигнальных молекул, диффундирует внутрь клеток гладкой мускулату­ры и активирует гуанилат циклазу (Рис. 6). Гуанилат циклаза производит циклический гуанозинмонофосфат (цГМФ) из гуанозинтрифосфата (ГТФ). Молекулы цГМФ активируют протеинкиназу G (PKG), фосфорилирующую белки, которые регулируют уровни кальция, чувствительность мышечной клетки к кальцию, гиперполяризацию клетки через калиевые каналы, актин, миозин, что и приводит, в конечном счете, к вазодилатации (Ignarro, 1990).

Менее известен факт, что гуанилат циклазы также могут выступать как сенсор кислорода, тем самым непосредственно имея отношение к анемическим состояниям (Taylor, 1998). Для каталитической активности гуанилатциклаз необходим гем как кофактор; ионы марганца активируют фермент (Winger, 2005). Пространственная структура полной молекулы гу­анилат циклаз все еще не установлена.

Ион-транспортеры двухвалентных ионов (гены SLC11A1, SLC11A2) важны для транспорта двухвалентных ионов металлов. Эти ионные транс­портеры вовлечены в адсорбцию Ре2+, Мп2+, Си2+ в энтероцитах 12-перс­тной кишки и, также, обеспечивают транспорт железа, марганца и меди внутрь клеток-предшественников эритроцитов. Транспортеры двухвалент­ных ионов также влияют на накопление железа, марганца и меди в печени и в других органах.

Дефекты в генах транспортеров приводят к гипохромной анемии (код по ОМ1М 206100), характеризующейся сниженным содержа­нием гемоглобина в эритроцитах и малым размером последних. Модель пространственной структуры транспортеров показана на Рис. 7.

Малатдегидрогеназа (ген МЕЗ) - один из ферментов, вовлеченных в аэ­робное клеточное дыхание. Этот фермент расположен в матриксе митохонд­рии и связывает две ветви метаболизма сахаров: гликолиз и цикл трикарбо- новых кислот (т.н. «цикл Кребса»). Малат дегидрогеназа имеет НАДФ (нико­тинамид динуклеотид, производное витамина РР) и ионы марганца в качестве кофакторов и катализирует превращение малата в пируват - основой субстрат цикла трикарбоновых кислот. Уровни активности различных форм малат-де- гидрогеназ могут уменьшаться при железодефицитной анемии (Bezborodko, 1981). Пространственная структура фермента представлена на Рис. 8.

Митохондральная пептидаза (ген МІРЕР) регулирует импорт различ­ных белков в митохондрии, в т.ч. белков гомеостаза железа, таких как фер- рохелатаза и др. Функцией этой пептидазы является протеолиз ^конце­

вых октапептидов импортируемых белков, что приводит к приобретению этими белками полной биологической активности (т.н. «созревание» по­липептидов). Этот фермент является регулятором уровней железа: фер­мент, инициируя созревание транспортных белков железа, стимулирует накопление железа в митохондриях. При избытке железа активность фер­мента падает; избыточное падение активности фермента приводит к поте­ре митохондриями железа (Branda, 1999). Активность фермента стимули­руется ионами марганца. Модель пространственной структуры фермента показана на Рис. 9.

Рис. 9. Пространственная структура митохондриальной пептидазы МІРЕР (модель на основе PDB 2036). Показано вероятное располо­жение иона марганца (сфера) в активном центре фермента.

<< | >>
Источник: Торшин И. Ю., Громова О. А.. Экспертный анализ данных в молекулярной фармаколо- Т61 гии. - М.: МЦНМО, 2012- 747 с.. 2012

Еще по теме Значение марганца для гомеостаза железа:

  1. ОСМОЛЯРНІСТЬ ТА її ЗНАЧЕННЯ ДЛЯ ГОМЕОСТАЗУ
  2. ДОВЕРИТЕЛЬНЫЙ ИНТЕРВАЛ ДЛЯ ЗНАЧЕНИЙ[41]
  3. ЗНАЧЕННЯ ВОДИ ДЛЯ ОРГАНІЗМУ, ЇЇ ОБМІН
  4. РЕФЕРАТ. Значення хімії для розвитку фармакології і медицини2017, 2017
  5. РЕФЕРАТ. Значення хімії для розвитку фармакології і медицини2017, 2017
  6. Інтоксикація марганцем
  7. ■ Интоксикация марганцем
  8. Характеристика основных препаратов железа для энтерального применени
  9. Показания для парентерального применения препаратов железа
  10. ПІДТРИМАННЯ ГОМЕОСТАЗУ
  11. ПІДТРИМАННЯ ГОМЕОСТАЗУ
  12. Розділ 9. РОЗЛАДИ ГОМЕОСТАЗУ ТА ЇХ КОРЕКЦІЯ
  13. ИММУНОЛОГИЧЕСКИЙ ГОМЕОСТАЗ И ТИПЫ АЛЛЕРГИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ
  14. РОЛЬ МАССОПЕРЕНОСА В ТКАНЕВОМ ГОМЕОСТАЗЕ
  15. ЗЛОКАЧЕСТВЕННЫЕ НОВООБРАЗОВАНИЯ ЩИТОВИДНОЙ ЖЕЛЕЗЫ И ДРУГИХ ЭНДОКРИННЫХ ЖЕЛЕЗ (C73-C75)
  16. Харольд Стерн. Кушетка. Ее использование и значение в психотерапии.Перевод с английского Е. Замфир (Кушетка. Ее использование и значение в психотерапии) и О. Лежниной (Введение в современный психоанализ и работы Хаймана Спотница); при участии Т. Рудаковой. Научная редакция проф. М. Решетникова.2002, 2002
  17. "Шея. щитовидная железа и паращитовидные железы"
  18. КРИТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ F
  19. Значение лихорадки
  20. КРИТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ t