<<
>>

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. ЗНАЧЕНИЕ ЛЕЧЕБНОЙ ФИЗКУЛЬТУРЫ ДЛЯ НЕДОНОШЕННЫХ ДЕТЕЙ
  2. MANGANUM SULPHURICUM - СЕРНОКИСЛЫЙ МАРГАНЕЦ, СУЛЬФАТ МАРГАНЦА.
  3. ГОМЕОСТАЗ
  4. Глава 4. Закон отклонения гомеостаза
  5. ПИЩА ДЛЯ ПРИКОРМА И БОРЬБА С НЕДОСТАТОЧНОСТЬЮ ЖЕЛЕЗА
  6. ПИЩА ДЛЯ ПРИКОРМА И БОРЬБА С НЕДОСТАТОЧНОСТЬЮ ЖЕЛЕЗА
  7. ДРУГИЕ МЕРЫ ВМЕШАТЕЛЬСТВА ДЛЯ БОРЬБЫ С НЕДОСТАТОЧНОСТЬЮ ЖЕЛЕЗА
  8. ДРУГИЕ МЕРЫ ВМЕШАТЕЛЬСТВА ДЛЯ БОРЬБЫ С НЕДОСТАТОЧНОСТЬЮ ЖЕЛЕЗА
  9. 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
  10. О СЛЕПОТЕ- КАК СТАТЬ САМИМ СОБОЙ-  МЫ ЗДЕСЬ СОБРАЛИСЬ ДЛЯ ЛЕЧЕНИЯ ШИШКОВИДНОЙ ЖЕЛЕЗЫ  
  11. Поле значений слова «йога»
  12. Значение йоги
  13. 5.4. Психофизиологическое значение медитации
  14. 6.1.Значение регулярных занятий йогой
  15. Значение электрокардиографии в диагностике гипертрофии
  16. ГРДУ: від розуміння нейробіології до усвідомлення соціального значення проблеми
  17. Препарат гормона паращитовидных желез Препараты гормона С-клеток щитовидной железы (кальцитонин)
  18. Диагностическое значение элементов и соответствующих им чувств
  19. ЗНАЧЕНИЕ ПСИХИЧЕСКОГО РАЗВИТИЯ РЕБЕНКА ДО РАЗВОДА
  20. ЗНАЧЕНИЕ ПСИХИЧЕСКОГО РАЗВИТИЯ РЕБЕНКА ДО РАЗВОДА