Свойства железа

Незаменимость железа
Важная роль железа для человеческого организма была установлена уже в XVIII веке. Век. Железо незаменимо в процессах кроветворения и внутриклеточного метаболизма. Этот элемент является компонентом гемоглобина в крови, который отвечает за реакции переноса кислорода и окисления. Железо как компонент миоглобина и гемоглобина является компонентом цитохромов и ферментов, участвующих в окислительно-восстановительных реакциях.
Из 4 г железа, содержащегося во взрослом организме, большую часть (около 2,5 г - около 55-60% запасов железа в организме) составляет гемоглобин, а около 0,4 г (10-24%) - активное железо, входящее в состав различных гемопротеинов и участвующее в формировании мышечного пигмента (миоглобина). Остальная часть железа (около 21%) находится в залежавшемся состоянии, т.е. хранится "в резерве" в печени и селезенке.
Железо играет важную роль в процессах производства энергии, ферментативных реакциях, иммунной функции и холестериновом метаболизме.
Железные соединения участвуют в многочисленных окислительно-восстановительных реакциях, начиная с восстановления водорода и его связи с углеводами при фотосинтезе. Аэробный метаболизм зависит от железа из-за его роли в функциональных группах большинства ферментов цикла Кребса, как транспортера электронов в цитохромах, и как способа транспорта O 2 и CO 2 в гемоглобине.
Насыщение клеток и тканей железом происходит через трансферрин белка, который способен транспортировать ионы трехвалентного железа.
Железные лигандные комплексы стабилизируют геном, но когда ионизированные могут вызвать ЛПО, вызвать повреждение ДНК и спровоцировать гибель клеток.
Как дефицит железа, так и его избыток оказывают негативное влияние на здоровье человека.
Недостаток железа вызывает развитие железодефицитной анемии, причиной которой является недостаток ионов железа для синтеза гемоглобина.
Увеличение запасов железа можно наблюдать, когда железо переносится из эритроцитов в депо. Эти изменения происходят в анемии, кроме дефицита железа. Истинное увеличение общего железа в организме наблюдается у пациентов с гемохроматозом, гемосидерозом при переливании крови или в редких случаях после чрезмерного длительного употребления железосодержащих добавок.
Помимо витаминов, человеку и животным требуется ряд неорганических элементов для нормального роста и выполнения биологических функций. Эти элементы можно разделить на 2 класса макро- и микроэлементов.
Макроэлементы, к которым относятся кальций, магний, натрий, калий, фосфор, сера и хлор, необходимы организму в относительно больших количествах (около нескольких граммов в день). Они часто выполняют несколько функций.
Более непосредственно связанные с действием ферментов являются необходимыми микроэлементами, суточная потребность в которых не превышает нескольких миллиграммов, то есть сопоставима с потребностью в витаминах. Известно, что в рационе животных должно присутствовать около 15 микроэлементов.
Большинство необходимых микроэлементов служат кофакторами или ортопедическими группами ферментов. В то же время они выполняют одну из трех (как минимум) возможных функций. Во-первых, незаменимый микроэлемент может сам по себе обладать каталитической активностью по отношению к той или иной химической реакции, скорость которой значительно возрастает в присутствии ферментного белка. Это особенно характерно для ионов железа и меди. Во-вторых, ион металла может образовывать комплекс как с подложкой, так и с активным участком фермента, в результате чего они приближаются друг к другу и переходят в активную форму. В-третьих, и, наконец, ион металла может играть роль сильного электронного акцептора на определенной стадии каталитического цикла.
Железо принадлежит к группе микроэлементов, биологические функции которых изучены наиболее широко.
Значение железа для человеческого организма, а также для живой природы в целом, трудно переоценить. Это может быть подтверждено не только его высокой распространенностью в природе, но и важной ролью в сложных метаболических процессах, происходящих в живом организме. Биологическая ценность железа определяется универсальностью его функций, его незаменимостью для других металлов в сложных биохимических процессах, его активным участием в клеточном дыхании, обеспечивающем нормальное функционирование тканей и человеческого организма.
Железо принадлежит к восьмой группе элементов периодической таблицы Д.И.Менделеева (атомный номер 26, атомный вес 55,847, плотность 7,86 г./см). Его ценным свойством является способность легко окисляться и восстанавливаться, образовывать сложные соединения со значительно отличающимися биохимическими свойствами и непосредственно участвовать в транспортных реакциях электронов.
Железосодержащие органические соединения
Железо в организме человека можно разделить на 2 основные группы: клеточные и внеклеточные. Соединения клеточного железа, имеющие разную структуру, имеют характерные только для них функциональную активность и биологическую роль для организма. Их, в свою очередь, можно разделить на 4 группы:

1. 
   гемопротеины, основным структурным элементом которых является гем (гемоглобин, миоглобин, цитохромы, каталаза и пероксидаза);
   
2. 
   железосодержащие ферменты негеминовой группы (сукцинатдегидрогеназа, ацетил-коэнзим А дегидрогеназа, NADN-, - редуктаза цитохрома С и т.д.);
   
3. 
   ферритин и гемосидерин внутренних органов;
   
4. 
   железо, свободно связанное с белками и другими органическими веществами.
   

Вторая группа внеклеточных соединений железа включает трансферрин железосвязывающих белков и лактоферрин, содержащийся во внеклеточных жидкостях.
Сотовое железо
Гемоглобин, содержащийся в эритроцитах, выполняет важную функцию транспорта газа для организма - транспортирует экзогенный кислород и эндогенный углекислый газ. По отношению к гемоглобину эритроцит играет роль буферной системы, которая может регулировать общий уровень газотранспортной функции.
Дыхательный пигмент крови представляет собой сложный белок, состоящий из молекулы белка - глобина, связанного полипептидными цепями с 4 гем-комплексом. Глобин состоит из 2 пар () полипептидных цепочек, каждая из которых содержит 141-146 аминокислот. Гемма, которая составляет 4% от веса молекулы гемоглобина, содержит железо в середине порфиринового кольца. У здорового человека гемоглобин неоднороден. Нормальный эритроцит содержит около 30 пг гемоглобина, который содержит 0.34% железа.
Миоглобин - это дыхательный белок сердечной и скелетной мускулатуры. Он состоит из одной полипептидной цепи, содержащей 153 аминокислоты, связанные с гем-группой. Основной функцией миоглобина является транспорт кислорода через клетку и регулирование его содержания в мышцах для осуществления сложных биохимических процессов, лежащих в основе клеточного дыхания. Содержит 0.34% железа. Миоглобин откладывает кислород во время мышечного сокращения, а когда он поражен, он может попасть в кровь и выделяться в мочу.
Железосодержащие ферменты и негерметичное клеточное железо в основном встречаются в митохондриях. Цитохромы, каталазы и пероксидазы являются наиболее изученными и важными ферментами организма.