第二章铁资料

第二章铁（Fe)第一节铁的元素化学概述

Iron原子序数：26，位于过渡系的中央,主要稳定氧化数+2+3,在生物体内铁还可以+4和+5的氧化数存在。地壳中含4100克/吨，海水中含量3.4微克/克,人体内60微克/克。铁在元素周期表中的位置第二节生物体内的铁单位：mg/100g铁在体内的含量和分布成年人：4～6g/人，平均4.5g/人。肝,脾,肾,肺含量高铁大部分以蛋白质复合物的形式存在。含量如下图，单位：微克/克体内血液中铁元素含量范围•全血：301～530(447)mg/L•红细胞：995～1140mg/L•血浆：0.71～1.27(1.10)mg/L•血清：0.67～1.87(1.09)mg/L第三节铁在体内存在的形式及特性铁以两大类形式存在于动物体内

卟啉铁类:血红细胞内的血红蛋白;肌红蛋白;细胞色素和酶类

非卟啉铁类:运铁蛋白;铁蛋白;乳铁蛋白;含铁血黄素;无机铁等1、血红蛋白每个血红细胞约含2.8亿个血红蛋白分子,每个血红蛋白分子含有4个铁原子,血红蛋白摩尔式量64500,以蚯蚓血红蛋白为例：脱氧血红蛋白模型血红蛋白模型组成血红蛋白的蛋白部分——珠蛋白，共有4条多肽链：一对α链，一对β链，前者每条链含有141个氨基酸单位，后者每条链含有146个氨基酸单位。每个亚铁血红素基包在一条多肽链中，每条链以三度空间有规律地折叠排列。4条链集合在一起，形成一个65×55×55（10-10）的球形分子。每个亚铁血红素中的铁原子可以携带一个氧分子，在血内参与氧的运输，同时间接作用与CO2的转运和释放。2、肌红蛋白：

蛋白部分摩尔式量16700，含有153个氨基酸的多肽链，含有一个亚铁血红素。一般认为是肌肉贮存氧的场所，用以支付运动时肌肉所负的巨大氧债。3、细胞色素和酶类：由铁组成或需铁的细胞色素和酶类，参与体内复杂的氧化还原过程。例如在肌肉细胞内，细胞色素担负着电子的传递，最后由细胞色素氧化酶的催化作用，使三羧循环脱下的氢原子由血红蛋白从肺运来的氧化和成水，以保证代谢过程。在氧化过程中可能产生过氧化物等有害物质，但可被过氧化氢酶等铁卟啉复合物破坏而解毒。

非铁卟啉复合物

1、运铁蛋白（transferrin,siderophilin)：在血液中起运载铁的作用。摩尔式量为88000，体内总含量约10克。2、铁蛋白（ferritin)：是一种棕色的含铁蛋白质复合物。各种组织都含有铁蛋白。摩尔式量为460000，直径约130纳米，内腔60纳米，可容纳4500个铁原子，它具有保护功能（防止铁以离子状态存在或从结合物中逸出而产生毒害作用）、贮存功能（进入体内的贮存铁，大部分以铁蛋白的形式存在）、调节铁的吸收和转运铁的作用。

3、乳铁蛋白（lactoferrin)：是一种多肽链含铁蛋白，摩尔式量77000，能结合2个铁。存在于人体各种外分泌物及中性白细胞内的颗粒中。具有抗菌消炎提高免疫力的作用。人乳中100毫升约含150到200毫克乳铁蛋白。

4、含铁血黄素

5、无机铁

第四节铁的功能及生物学作用铁参加血红蛋白、肌红蛋白、细胞色素、细胞色素氧化酶、过氧化物酶及触酶的合成。缺铁或铁的利用不良时，上述成分失常，导致氧的运输、贮存、二氧化碳的运输及释放、电子的传递、氧化还原等代谢过程紊乱，产生病理变化，最后产生各种疾病。

缺铁时，肝脏的发育速度减慢，肝内合成DNA受到抑制，发生贫血，抑制生长发育。

对感染的应激能力降低一、铁硫簇合物1Fe-0S:本图给出了C.pasteurianum红氧还蛋白（Rb)的晶体结构分析结果。这个蛋白质包含有一个被4个半胱氨酸六原子配位的四面体单铁原子。Fe-S平均键长为0.229nm

2Fe-2S:来至于S.platensis的x射线结构研究表明｛Fe2S2（S-Cys）4｝2-的存在。这个双桥联Fe2S2单体中，Fe…Fe间距为0.27nm。

3Fe-4s:4Fe-4s:铁硫蛋白的合成模型

制备稳定的铁硫醇盐立方体是十分困难的。但人们发现FeCl3、NaHS、于3摩尔的Na(SCH2Ph)在甲醇中反应生成铁硫醇盐立方体。在这个反应中，一些巯基配位体将铁还原为+2价氧化态而消耗掉，从而使有机铁硫化合物组装合成成为可能。右图为组装示意图二、生物体内含铁载氧体氧的生物功能包括氧化有机营养物向细胞提供能量；释放活性氧破坏或杀伤被内吞入细胞的细菌和外来物质；对外源性物质在肝脏进行氧化性解毒；参与某些氧化性代谢和生物合成等。氧的生物功能的实质是光合作用的逆向反应。生物体内的物质与能量转换反应是分散在细胞中进行的，因此需要把“O2”及“燃料”运送到或进行物质转化的部位。完成运输任务的就是（血液）含有铁的血红蛋白、（组织）贮存铁的肌红蛋白、利用氧的细胞色素和（血液）运出CO2的血红蛋白。铁的吸收量研究对象食物中获取mg/d可吸收率%成年人10--155--20婴儿(奶）>20儿童少年155--20妇女15--20>10孕妇20--30>10口服铁剂吸收率约为1---5%

有机铁可能好些影响铁吸收的因素——食物因素动物食品的铁的吸收率大于植物食品。动物食品与植物食品混合，有利于植物食品铁的吸收。无机铁与动物食品和还原性物质(Vc)混合食用，可提高吸收率。

食物名称吸收率%

鱼肉

11

牛肉

22

牛肝

16

大豆

2.6

小麦

1--5

人奶

>20

牛奶

13影响铁吸收的因素——铁的性质及制剂二价铁易于吸收，其中硫酸亚铁、琥珀酸亚铁、乳酸亚铁、葡萄糖酸亚铁、卟啉铁较好。

个体对铁的需要量影响着铁的吸收率。

铁的剂量适当吸收率高。

影响铁吸收的因素——胃肠的因素

胃内酸度和分泌成分，对铁的吸收起着重要作用。胃酸缺乏往往引起铁的吸收障碍，胃切除的病人吸收铁的能力降低。

小肠本身具有控制铁的吸收机能。当人需要铁时，肠粘膜加速提高铁的吸收；当不需要铁时，肠粘膜阻碍铁的吸收。影响铁吸收的因素——机体的状态

不贫血的献血者或孕妇的铁吸收量显著增加，高于正常2——10倍。妇女每天吸收0.5mg就可满足需要，但月经后每日吸收量竟达11mg。

患急慢性传染病的人，铁的吸收明显减少。而且不论用任何治疗，都不能增加铁的吸收。消化道酸度偏低及缺铜都将影响铁的吸收。体内贮存铁的数量、红细胞生成率、骨髓功能状态、促红细胞生成素的含量、运铁球蛋白饱和度、血清铁清除率、铁蛋白合成的数量等影响铁的吸收。老年人铁的吸收量减少。第六节铁的毒性急性铁中毒铁的致死量为200到900毫克/1000克。急性中毒可分为4个阶段。第一阶段:吞服1小时内：腹痛、呕吐、有时可见呕血、黑便和代谢性酸中毒，不及时救治，可在4到6小时内昏迷、死亡。第二阶段:第一阶段度过后，第二阶段是一个平稳期，一是好转，二是进第三阶段。第三阶段:吞服12到48小时之后，往往出现高热、黄疸、抽搐、昏迷和死亡。第四阶段:若幸存，在6周时进入幽门狭窄、胃纤维化并有梗阻症状。慢性铁中毒慢性中毒是铁在体内累积过多（罕见的病例体内含铁总量为正常人的10到20倍）而引起的毒性反应。长期吸入含铁较高空气或长期摄入含铁高的饮食以及多次大量输血，可能引起铁的慢性中毒。

临床表现为头重脚轻，记忆力、食欲减退。严重者皮肤呈棕色和灰色，骨质疏松，软骨钙化，进行性关节炎，严重者肝硬化，胰腺纤维化。铁中毒的预防与救治慢性中毒重在预防。改善铁尘较高的工作环境；注意铁制剂的注射与服用量……。有条件的检测体内铁的贮存量。

铁中毒的治疗：用于铁选择性配位的有机络合剂静脉滴入。急诊病人还应配合支持疗法（输氧、输血、输液等、催吐等等）。第七节与铁有关的疾病缺铁引起的疾病贫血：体内铁丢失总是超过铁摄入，引起体内铁贮存明显降低，可利用的铁不够正常合成血红蛋白，使血液中血红蛋白量减少，因此全身组织器官缺氧。

脑神经系统变化：对外刺激的应答减弱，易疲倦，工作耐力、学习能力、注意力、记忆力降低。

机体防御、抗感染能力降低正常成人含铁4～6g，有60%在血循环中，其余贮存在肝和骨髓中。每天有20～25mL红细胞因老化而损坏，由此释放20～25mg的铁，其中有19～24mg的铁循环使用（再次合成血红蛋白），约有1mg排出体外。每天吸收1mg铁是容易的。但对于妇女失血较多，应注意补铁；对于儿童，成长发育较快，应注意补铁；由于内、外伤失血较多，应注意补铁。补铁应以食物为主，海洋食品、黑色食品含铁较多。铁的过度积累引起的疾病继发性铁的过度积累——慢性铁中毒原发性铁的过度积累基因第六染色体缺欠，使调节铁摄入的机制不能正常运转。通常铁的肠道吸收是受控的，一种是线性不饱和的，一种是饱和的。胎儿和新生儿前者为主，在正常情况下，出生后不久即转变为后者方式。但缺乏第六染色体的人，不能完成这一转变，使摄入的铁量得不到限制，而造成铁的过多摄入和铁过度积累。治疗同慢性铁中毒异常血红蛋白症先天性血红蛋白异常

1、高铁血红蛋白症：正常的亚铁被氧化成高铁或被高铁取代，使载氧能力下降。

2、不稳定血红蛋白病:由于个别氨基酸的置换,插入或缺损,它们容易在红细胞内氧化,变成高铁血红蛋白,同时形成超氧离子自由基·O2-高铁血红蛋白又经高铁血色原形成沉淀而发生溶血。

3、地中海贫血：有意义的血红蛋白链合成不足，无意义的血红蛋白链合成相对过剩并在红细胞内聚集和沉淀。铁与癌铁与癌的关系尚不明确，但有几点有关：

1、呈正相关，癌细胞的增长需要大量的铁。

2、铁代谢异常，血浆浓度下降，轻度贫血。

3、铁诱导的自由基造成的细胞损伤。

因此，有人认为，去铁可以抑制肿瘤生长。

又有人认为，由于铁可以参与氧自由基代谢，所以它表现的细胞毒性可用来杀伤癌细胞铁与感染和炎症细菌生长需要铁，铁能促进细菌生长。

正常情况下，血红蛋白、肌红蛋白中的铁被保护，细菌不能利用。但组织受损时，引起细胞内血红蛋白释放、降解，它的铁可能被利用。在上述铁利用度提高可促进感染这一过程的同时，机体有一套机制去控制铁对入侵细菌的供给。此时体温升高，血铁降低，使细菌的生存环境降低，直至细菌失活。

可采用铁鳌合剂治疗细菌感染。很多治疗感染的药物，含有铁鳌合剂。

总结铁：动物体内血红蛋白中的铁具有固定氧和输送氧的功能，亚铁离子是血红蛋白的中心，它除与卟啉环的四个氮原子结合外，第五个位置为蛋白质中组氨酸的一个咪唑氮原子所占，第六个位置可逆地与氧分子或水分子配位，铁离子周围蛋白质的排列及强场配体氧分子的作用，使血红蛋白氧合后形成亚铁离子的低自旋配合物，以保证亚铁离子与氧气配位后而不被氧化。在过氧化氢酶和氧化酶中铁保持正三价态。人体中约含3—6g/人，平均4.5