1.1-铁的介绍PPT优秀课件

1、 1 铁的生物学铁的生物学 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

2、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- +1 e- 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

3、，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

4、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

5、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

6、 ,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2.843.41moIL，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13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。23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

7、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

8、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

9、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1520mg，其中510 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

10、部”因素对口服非血红素铁的吸收的影响 增强因素增强因素 肉类因素 畜肉类 禽肉类 鱼肉类 50 mg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-

11、3倍 (Hallberg et al. 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 铁摄取铁摄取 蔬菜类食物较低蔬菜类食物较低 肉类食物较高肉类食物较高 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 丢失丢失: 1

12、 mg/day 组织组织 网状内皮储存网状内皮储存 800 mg (在肝、脾和血液循环游离态中在肝、脾和血液循环游离态中) 转铁蛋白转铁蛋白 红色骨髓红色骨髓 红细胞红细胞 2500 mg (寿命寿命 120 days) 消 化 道 吸收吸收1 mg/day 200 mg 25 mg/day 25 mg/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

13、 天约排出1mg。 铁代谢 35 平衡的维持 铁吸收铁吸收 = 铁排泄铁排泄 = 铁平衡铁平衡 铁的摄取被严格的调节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 0.93 mg/day 女性 0.83 mg/day 生理性铁丢失 月经 平均 0.45 0.56 mg/day 妊娠 总平均 670 mg 献血 抽取500 ml 血含 240-250 mg 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

14、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

15、量200900mg/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

16、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(mg Fe/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 11 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 部位铁的形式数量 红细胞血红蛋白2500mg 肝、骨髓铁蛋白、含铁血黄质100-1000mg 组织肌细胞、酶300mg 血转铁蛋白70ug 铁的生化和生理功

17、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 肌红蛋白肌红蛋白 (1个血红素) 功能为储备氧 酶酶 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

18、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

19、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) 骨髓骨髓血液循环血液循环 干细胞BFU-ECFU-ERBCs 促红细胞生成素 网

20、织红细胞 铁 原红细胞 0 15 19 21 25 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，并向原红细胞