Chuyển hóa sắt: tổng hợp hemoglobin

Sắt là nguyên tố thiết yếu cho không chỉ tổng hợp hemoglobin mà còn cho các phân tử khác trong cơ thể (ví dụ: myoglobin, cytochromes, cytochrome oxydase, peroxydase và catalase), do đó cần hiểu rõ cơ chế sắt được sử dụng trong cơ thể. Tổng lượng sắt trong cơ thể khoảng 4-5 grams, 65% ở trong hemoglobin, khoảng 4% ở trong myoglobin, 1% trong các hợp chất chứa heme xúc tác các phản ứng oxy hóa nội bào, 0,1% liên kết với transferrin trong huyết tương, 15-30% liên kết với ferritin được dự trử để sử dụng sau trong hệ thống liên võng nội mô và nhu mô gan.

Vận chuyển và dự trữ sắt

Hình trình bày quá trình vận chuyển, dự trữ và chuyển hóa sắt trong cơ thể. Sau khi được hấp thu từ ruột non, sắt được đưa vào huyết tương và gắn với một β-protein là apotransferrin tạo thành transferring và được vận chuyển trong dòng máu. Sắt liên kết lỏng lẻo với transferring và có thể giải phóng cho bất kì mô nào trong cơ thể. Sắt dư thừa được dự trữ trong nhu mô gan và ít hơn tại hệ thống các tế bào võng nội mô của tủy xương.

Hình. Vận chuyển và chuyển hóa sắt

Trong tế bào chất. sắt gắn với apoferritin tạo nên ferritin. Apoferritin nặng khoảng 460.000 Da và gắn được với lượng lớn sắt tại các cụm gốc liên kết; do đó, một phân tử có thể đang có 1 lượng lớn hoặc nhỏ sắt, sắt này được gọi là sắt dự trữ.

Có một lượng sắt dự trữ nhỏ hơn không tan dưới dạng hemosiderin, dạng này đặc biệt cần khi lượng sắt thừa vượt quá khả năng dự trữ của apoferritin. Hemosidrin là phân tử lớn có thể quan sát bằng kính hiển vi, ngược lại ferritin rất nhỏ và phân tán nên phải quan sát bằng kính hiển vi điển tử.

Khi lượng chất sắt trong huyết tương giảm xuống thấp, một số sắt trong các bể chứa ferritin được giải phóng một cách dễ dàng và vận chuyển dưới dạng transferrin trong huyết tương đến các khu vực của cơ thể, nơi cần thiết. Một đặc trưng của phân tử transferrin là nó liên kết mạnh với thụ thể ở màng tế bào của erythroblasts (nguyên hồng cầu) trong tủy xương. Sau đó, sắt được đưa vào erythroblasts bởi endocytosis (hốc thực bào). Transferrin cung cấp sắt trực tiếp đến ti thể (mitochondria), nơi heme được tổng hợp. Ở những người không có đủ lượng transferrin trong máu, thiếu vận chuyển sắt vào erythroblasts có thể gây ra thiếu máu hypochromic nặng ( thiếu máu nhược sắc, tức là, hồng cầu ít hemoglobin hơn rất nhiều so với bình thường).

Khi hồng cầu đã sống khoảng 120 ngày và bị phá hủy, các hemoglobin từ các tế bào này được đưa vào các tế bào monocytemacrophage (thực bào đơn nhân). Sắt giải phóng và được lưu trữ chủ yếu trong ferritin được sử dụng khi cần thiết cho sự hình thành của hemoglobin mới.

Lượng mất hàng ngày của sắt. Đàn ông đào thải ra khoảng 0,6 mg sắt mỗi ngày, chủ yếu qua phân. Số lượng bổ sung sắt bị mất khi chảy máu xảy ra. Đối với phụ nữ, mất máu kinh nguyệt gây tổn thất kho sắt dài hạn với mức trung bình khoảng 1,3 mg / ngày.

Hấp thu sắt từ ruột

Sắt được hấp thu từ tất cả các đoạn của ống tiêu hóa, hầu hết theo cơ chế sau. Gan tiết một lượng vừa phải apotransferrin vào mật, chảy qua các ống dẫn mật vào tá tràng. Ở đây, apotransferrin kết hợp với sắt tự do và cũng có ở một số các hợp chất sắt, như hemoglobin và myoglobin từ thịt, hai trong những nguồn quan trọng nhất của sắt trong chế độ ăn uống. Sự kết hợp này tạo ra transferrin. Thứ tự xảy ra là, liên kết với các thụ thể ở màng của các tế bào biểu mô ruột. Sau đó, bằng pinocytosis (ẩm bào), các transferrin phân tử, mang theo cửa sắt, được hấp thụ vào các tế bào biểu mô và sau đó vào máu mao mạch dưới các tế bào này dưới dạng transferring huyết tương. Sắt hấp thu từ ruột rất chậm, với tốc độ tối đa chỉ có một vài miligam mỗi ngày. Điều này có nghĩa là ngay cả khi lượng sắt lớn có mặt trong thực phẩm, chỉ một tỷ lệ nhỏ có thể được hấp thụ.

Điều hòa tổng lượng sắt cơ thể bởi Kiểm soát sự hấp thu. Khi cơ thể đã trở nên bão hòa sắt, cơ bản tất cả apoferritin trong khu vực lưu trữ đã được kết hợp với sắt, tỷ lệ hấp thụ sắt bổ sung từ đường ruột giảm mạnh. Ngược lại, khi sắt lưu trữ đã trở nên cạn kiệt, tốc độ hấp thu có thể nhanh hơn năm lần hoặc nhiều hơn thời gian bình thường. Như vậy, tổng số sắt cơ thể được điều tiết chủ yếu bằng cách thay đổi tỷ lệ hấp thụ.

Đời sống hồng cầu khoảng 120. Khi hồng cầu được cung cấp từ tủy xương vào hệ thống tuần hoàn, chúng thường lưu hành trung bình 120 ngày trước khi bị tiêu diệt. Mặc dù trưởng thành nhưng hồng cầu không có nhân, ti thể, hoặc lưới nội chất, chúng có enzyme tế bào chất mà có khả năng chuyển hóa glucose và hình thành lượng nhỏ adenosine triphosphate (ATP). Các enzyme này có các vai trò: (1) duy trì tính linh động của màng tế bào, (2) duy trì sự vận chuyển qua màng của các ion, (3) giữ sắt của hemoglobin trong tế bào dưới dạng sắt II chứ không phải là sắt III và (4) ngăn chặn quá trình oxy hóa của các protein trong hồng cầu. Mặc dù vậy, hệ thống trao đổi chất của tế bào hồng cầu già dần dần ít hoạt động và các tế bào trở nên dễ vỡ hơn, có lẽ vì hồng cầu đã bị hao mòn.

Khi màng hồng cầu trở nên mong manh, các tế bào vỡ trong lúc qua một số điểm của vòng tuần hoàn. Nhiều người hồng cầu tự hủy trong lá lách, nơi chúng chui qua tủy đỏ của lá lách. Ở đó, giữa các bè cấu trúc của tủy đỏ, hầu hết các tế bào phải vượt qua, rộng chỉ 3 micrometers, so với 8 micrometers đường kính của RBC. Khi lá lách bị loại bỏ, số lượng hồng cầu già bất thường lưu hành trong máu tăng lên đáng kể.

Tiêu hủy Hemoglobin bởi đại thực bào. Khi hồng cầu vỡ và giải phóng hemoglobin, các hemoglobin được  thực bào gần như ngay lập tức bởi các đại thực bào trong nhiều bộ phận của cơ thể, đặc biệt là các tế bào Kupffer gan và đại thực bào của lá lách và tủy xương. Trong vài giờ tới vài ngày, các đại thực bào giải phóng sắt từ hemoglobin và cho nó trở lại vào máu, để được transferrin vận chuyển hoặc đến tủy xương sản xuất hồng cầu mới hoặc cho gan và các mô khác để lưu trữ dưới dạng ferritin.

Phần porphyrin của phân tử hemoglobin chuyển hóa bởi các đại thực bào, thông qua một loạt các giai đoạn, thành bilirubin sắc tố mật, được đưa vào máu và sau đó loại bỏ khỏi cơ thể bằng cách tiết thông qua gan vào mật.