بررسی تداخل کروم در مکانیسم جذب و ذخیره سازی آهن

آهن یک trace element ضروری برای تقریبا همه ی موجودات زنده است. این فلز عامل اساسی در تشکیل بسیاری از آنزیم ها، کمپلکس های انتقال دهنده الکترون و حمل کننده اکسیژن است.

در این ملکول ها، آهن توسطت لیگاندهای مختلف  پیوند برقرار می کند . بنابراین در هر مورد عمل بیولوژیکی  خاصی  را انجام  می دهد. آهن باند نشده ممکن است برای سلول مض باشد. ترکیب آهن  با اکسیژن و انتقال الکترول ایجاد سوپراکسید می کند که در محیط سلولی  مخرب است . هم چنین هیدروکسیل و سایر رادیکال های فعال ممکن است  منجر به تخریب سلولی شوند. پس وجود پروتئین حمل کننده آهن و هم چنین پروتئین ذخیره کننده آن که به ترتیب  ترانسفرین و فریتین نام دارند، ضروری است.

بعضی فلزات سنگین مثل کروم قادر به تداخل در مکانیزم  باند شدن آن به این دو پروتئین  می باشند. دخالت فلزات سنگین در مکنیسم جذب آهن،  علاوه بر کم خونی هایی  که ممکن است به وجود آورد، باعث مسمومیت نیز می شود. در این نوشتار باند شدن کروم با آپوفریتین و رقابت آن در ذخیره سازی آهن توسط فریتین،  با استفاده از دستگاه UV- Vis  بررسی شده است.

 

آهن موجود در بدن

عنصر آهن،  به عنوان یکی از اجزای بافت های بدن اولین بار در سال 1713  شناخته شد. مقدار آهن مجود در بدن در حدود 004/0  درصد وزن بدن را تشکیل می دهد و به طور کلی مقدار آن از 3 تا 4 گرم  متفاوت است . این مقدار بستگی به سن، جنس، اندازه، وضع غذایی، سلامت و میزان آهن ذخیره شده دارد.

همه آهن موجود در بدن جهت  حمل ذخیره موجود در آنزیم ها و یا ترکیبات تنفسی به صورت ترکیب با پروتئین  وجود دارد.

بیش تر از آهن موجود در بدن  در خون است ولی مقداری نیز در تمامی سلول ها وجود دارد. حدود 60 تا 70 درصد آهن بدن در ساختمان هموگلوبین گلبول های قرمز، 3 درصد در میوگلوبین عضلات و  20 درصد بقیه به صورت ذخیره در کبد، طحال و مغزاستخوان است.  14 تا 50 درصد بقیه­ی آهن،  به صورت فریتین که حاوی 20 درصد آهن و هموسیدرین که حاوی 35 درصد آهن است ذخیره می شود. هر دو  ترکیب فریتین و هموسیدرین در موارد لزوم قادر به رها کردن آهن هستند.

علاوه بر آهن موجود در هموگلوبین گلبول های قرمز، مقدارجزئی نیز در سرم وجود دارد. مقدار متوسط آهن در سرم  حدود 70 تا110 میکروگرم در هر 100 میلی لیتر خون گزارش شده است.

آهن موجود در سرم به صورت ترکیب با گلوبینی به نام ترانسفرین است ، که مسئول حمل آهن به بافت های مختلف است . بدن در نگهداری آهن موجود فوق العاده کفایت دارد و هر مقدار آن که در نتیجه کاتابولیسم ویا تجزیه مواد آهن دار به دست آید تلف نخواهد شد. جذب  آهن به میزان احتیاج بدن به آن بستگی دارد.

مکانیسم  جذب آهن

آهن موجود در غذا به فرم اولیه اکسید آهن فریک و مقداری به فرم Fe(II) یافت می شود هر دو این ها به ترکیبات آلی متصل هستند و قبل از جذب شدن جدا  می گردند . سپس هر آهن سه ظرفیتی به صورت آهن دو ظرفیتی در می آید. در اثر عمل جذب، آهن وارد سلولهای مخاطی روده می شود. پس از آن دو حالت پیش می­آید:

1- در صورت  احتیاج فوری بدن به آهن: 

ترانسفین از آهن اشباع می شود و آن را انتقال می دهد. هر مولکول ترانسفرین  قادر به ترکیب با دو اتم آهن است. بدین ترتیب ترانسفرین آهن را به سلول هایی که احتیاج  دارند حمل می کند.

در صورتی  که بدن احتیاج فوری به آهن نداشته باشد،  ترانسفرین آهن را به کبد، طحال و مغز استخان برای ذخیره شدن حمل می نماید. این اعمال با سرعت انجام می شوند.

در صورتی که ترانسفرین تا 33 درصد با آهن اشباع شده باشد،  دیگر آهنی از سلول های دیواره روده جذب نمی گردد، در این حالت آهن (II) که با اسید آمینه ترکیب شده از آن جدا می گردد و در داخل سلول مخاطی به صورت آهن (III) در می آید و در این شکل با پروتئنی  به نام آپوفریتین ترکیب شده و فریتین را تشکیل می دهد . در صورت عدم نیاز به آهن و باقی ماندن فریتین به همین صورت پس از هر 3 یا 4 روز ، با لایه لایه شدن سلول های مخاطی روده ها آهن دفع می گردد.

در صورت نیاز به آهن و عدم اشباع ترانسفرین، آهن موجود در فریتین  در همان سلول های مخاطی روده دوباره به آن (II) تبدیل شده و با کربوهیدرات یا اسید امینه ترکیب گشته و سپس  برای ترکیب با ترانسفرین داخل خون رها می شود.

اسیدهای آلی موجود در غذا مانند اسید اسکوربیک در مرکبات به وسیله احیای آهن (II) به آهن (III) سبب افزایش  جذب آهن می گردند. این اسیدها نقش مهمی در رژیم سالمندان دارند. هم چنین  اسیدهای امینه  به خصوص سیستئین جذب آهن رژیم غذایی را افزایش می دهند.

ترانسفرین

ترانسفرین سرم انسانی  گلیکوپروتئینی با وزن مولکولی حدود (80000)  دالتون است که در سال 1947 توسط لورل و ایرگلمن  کشف گردید.

این پروتئین  دارای  دو جایگاه اختصاصی  برای اتصال با آهن (III) است و وظیفه انتقال و توزیع آهن در خون و بافت های بدن را به عهده دارد. در حالت  طبیعی فقط  30 درصد ازظرفیت  اتصال به آهن ترانسفرین به وسیله  آهن اشباع  شده است . از این رو محل های باندشدن آهن به ترانسفرین می تواند   توسط تعدادی از یون های فلزی مانند نیکل II،  آلومینیومIII و کبالت II,III و منگنزII و مس II  کروم III  که  قابلیت تشکیل پیوند با ترانسفرین را دارند اشغال گردد.

مولکول ترانسفرین  دارای دو لوپ N و C است که هر لوپ حاوی  330  اسید امینه و یک جایگاه برای باند شدن آهن است.

آپوترانسفرین در حضور  یک آنیون سینرژیستیک نظیر کربنات یا بی کربنات ، قابلیت پیوند با دو اتم را دارد. دراین حالت  تبدیل به ترانسفرین  شده و خواص و ویژگی های ساختمانی آن تغییر می کند.

طی مطالعاتی که در سال 1988  توسط سوزان بیلی و همکارانش  انجام گرفته وجود اسید امینه هایی که مستقیما در باند کردن آهن به ترانسفرین شرکت می کنند به اثبات رسیده است.

این اسید آمینه ها عبارتند ا ز: اسید امینه تیروزین(Tyr) هیستیدین (His) و آسپارتیت (Asp)  دو اسید امینه آرژنین (Arg) و لیزین (Lys) به طور مستقیم  بر روی آنیون سینرژیستیک  اثر می گذارند. تمامی این اسیدهای آمینه مستقیما به طرف آهن جهت یابی کرده و یک مولکول آب و یون بی کربنات پنجمین و ششمین محل کوئوردیناسیون آهن را در درون شکاف  بین دو ناحیه اشغال کرده اند.

اندازه یون  فلزی  در اتصال اختصاصی آن به یکی از لوب های ترانسفرین نقش دارد. به عنوان مثال یون­هایی نظیر Nd (III) و Pr(III) به طور اختصاصی  به C-  لوب مولکول  ترانسفرین متصل می­شوند. در 5/7 = pH عموما جایگاه های N- لوب و C- لوب توسط فلز اشباع
می­شوند.