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Papel del hierro en la nutrición
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HIERRO: “ UN NUTRIENTE PARADÓJICO”
Santander 15 de febrero de 2010M.González-Carreró. Dpto. Biología Molecular
PUNTOS DE INTERÉS
• El hierro en el planeta y la biosfera
• Papel del hierro en el origen de la vida y en la evolución de los seres vivos.
• El hierro como nutriente y patologías asociadas.
EL HIERRO EN EL UNIVERSOEL HIERRO EN EL UNIVERSO
Hoba Meteorite is Largest Meteorite on Planet Earth
Composition: 82.4% Iron, 16.4% Nickel, .76% Cobalt, .04% Phosphorus and with trace amounts of Copper, Zinc, Carbon, Sulphur, Chromium, Gallium, Germanium and Iridium.
COMPOSICIÓN DEL PLANETA
HIERRO Y VIDA
Günter Wächtershäuser postula la formación un metabolismo antes que un sistema Genético. Relevancia en los procesos de oxido-reducción mediados por Hierro.
Las primeras moléculas y el metabolismo primigenio se formarían sobre compuestos parecidos a la pirita en chimeneas volcánicas de aguas profundas y en presencia de CO2 , CH4, etc.
HIERRO, VIDA Y EVOLUCIÓN
• Los seres vivos necesitan poco hierro
•El hierro abunda en la biosfera
•El hierro en atmósfera oxidante es poco soluble
•A pesar de la abundancia de hierro en la biosfera su biodisponibilidad es muy baja.
•Los seres vivos han de ser capaces de “disolver” el hierro para poder asimilarlo.
Primera paradoja: “ESCASEZ EN PLENA ABUNDANCIA”
HIERRO Y VIDA
Uno de los atributos de la vida es la capacidad de “intercambiar”materia y energía del entorno como requisito previo a la replicación.
Papel clave de los procesos metabólicos. Flujo electrónicoy energía metabólica.
Hierro y energía.
ATP
Becker et al. 6th edition
Chemotrophic Energy Metabolism:
Aerobic Respiration
ELECTRONES Y ENERGÍA
El tránsito electrónico de los e- en la mitocondria genera ATP
PROTEÍNAS CON HIERRO
Proteínas Fe-S Hemoproteínas
EL HIERRO ES IMPRESCINDIBLE PARA EL FUNCIONAMIENTODE PROCESOS METABÓLICOS CENTRALES, ESPECIALMENTE EN AQUELLOS QUE APORTAN ENERGÍA
“Sin hierro no hay captación ni utilización del oxígeno”
“Con frecuencia factor limitante nutricional en el crecimiento celular”
“Estudios en ecosistema marino corroboran su papel limitante”
Segunda Paradoja: “ El nutriente más tóxico”
-El hierro es potencialmente tóxico en ambientes donde abunda el O2
por lo que la concentración de hierro intracelular ha de estar controlada.
Origen de la toxicidad del Fe: la reacción de Fenton:
Fe (II) + H2O2 ----> Fe (III) + OH - + .OH
-El hierro “libre” intracelular se relaciona directamente con el estrésoxidativo y sus consecuencias patológicas.
-La toxicidad del hierro en ambientes aerobios se manifiesta en todos los seres vivos .
-Los seres de vida aerobia disponen de mecanismos que atenúan efectos del estrés oxidativo.
¡ Dos veces más potenteque la lejía !
“El estrés oxidativo”
EL HIERRO ES IMPRESCINDIBLE PARA LA PUESTA EN MARCHA MANTENIMIENTO DE LOS PROCESOS METABÓLICOS CENTRALES,ESPECIALMENTE EN AQUELLOS QUE APORTAN ENERGÍA
HIERRO Y ENFERMEDAD
“Dada la necesidad de disponer de reservas permanentes de hierroen la célula y teniendo en cuenta su toxicidad todo sistema vivoha de disponer de un mecanismo de control sobre el hierro intracelular”
“Las patologías asociadas al metabolismo del hierro tienen su origen enun desequilibrio de su concentración celular (anemia, hemocromatosis)”
“La evolución de muchos procesos infecciosos está influenciada por lapresencia de hierro en el hospedador”
EL HIERRO ES IMPRESCINDIBLE PARA LA PUESTA EN MARCHA MANTENIMIENTO DE LOS PROCESOS METABÓLICOS CENTRALES,ESPECIALMENTE EN AQUELLOS QUE APORTAN ENERGÍA
¿CÓMO SE CONTROLA LA CONCENTRACIÓN DE HIERRO EN LOS SERES VIVOS?
Desde bacterias a mamíferos mecanismos complejosque actúan tanto a nivel genético como metabólico.
Sensores de hierro intracelular disparan la respuesta.los sensores son proteínas que fijan Fe de forma reversible.
El control se ejerce a nivel de entrada en el organismo ( membrana celular, mucosa intestinal, etc.
Una mutación en uno de los genes involucrados en este sistema puede originar un estado patológico asociado, cuya gravedaddepende del gen afectado ( y del estilo de vida ).
EL HIERRO ES IMPRESCINDIBLE PARA LA PUESTA EN MARCHA MANTENIMIENTO DE LOS PROCESOS METABÓLICOS CENTRALES,ESPECIALMENTE EN AQUELLOS QUE APORTAN ENERGÍA
HIERRO E INFECCIÓN
La mayor parte de las bacterias infecciosas tienen una grandependencia de hierro para su proliferación en el hospedador.
El hierro lo toman de proteínas que lo contienen (transferrina,Hemoglobina, ferritina, etc.
Cada bacteria dispone de varios mecanismos diferentes parasustraer el hierro del hospedador.
La sobrecarga de hierro en el hospedador facilita la proliferacióndel agente infeccioso.
Especies microbianas cuya proliferación en fluidos biológicos, células y tejidos del hospedador resulta
potenciado por la presencia de hierro.
Hongos Protozoos Gram-positivos Candida Entamoeba Bacillus
Cryptococcus Leishmania ClostridiumHistoplasma Naegleria CorynebacteriumParacoccidioides Plasmodium Erysipelothrix
Pneumocystis Toxoplasma ListeriaPythium Trypanosoma Mycobacterium
Rhizopus StaphylococcusTrichosporon Streptococcus
Gram-negativos Acinetobacter Klebsiella
Aeromonas LegionellaAlcaligenes MoraxellaCampylobacter Neisseria
Capnocytophaga PasteurellaChlamydia Proteus
Ehrlichia PseudomonadsEnterobacter Salmonella
Escherichia Shigella
LA CAPTACIÓN DE HIERRO POR SIDERÓFOROS
EL HIERRO ES IMPRESCINDIBLE PARA LA PUESTA EN MARCHA MANTENIMIENTO DE LOS PROCESOS METABÓLICOS CENTRALES,ESPECIALMENTE EN AQUELLOS QUE APORTAN ENERGÍA
Frontiers in Bioscience 10, 462--477, January 1, 2005] Wolfgang Koster
LAS DIFERENTES PUERTAS DE ENTRADA DEL HIERRO EN LA CÉLULA
METABOLISMO DEL HIERRO
-El hierro en los alimentos.
-Destino tisular del hierro.
-Proteínas de transporte de hierro: transferrina, lactoferrina,
-Proteínas de almacenamiento de hierro: ferritina.
-Otras proteínas que contienen hierro.
DINÁMICA DEL HIERRO EN EL ORGANISMO
TRÁFICO FUNCIONAL DEL HIERRO EN EL ORGANISMO
Tan malo es el exceso como el defecto….
Enfermedades que tienen su origen en una descompensación deLos niveles fisiológicos de Fe.
DÉFICIT DE HIERRO
ANEMIA
SOBRECARGA DE HIERRO
HEMOCROMATOSIS
DEPÓSITOS DE HEMOSIDERINA EN RIÑÓN
10 20 30 40 50
Edad
40
30
20
10
Con
ten
ido t
ota
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ierr
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g.)
Contenido normal.
Daño tisular.
Afectaciónsevera de órganos.
Niv.séricos
Depósitos hepáticos.
EVOLUCIÓN HOMOZIGÓTICOS
ASPECTOS CLÍNICOS DE LA HEMOCROMATOSIS (HC)
-ALGUNOS DE LOS SÍNTOMAS MÁS GRAVES ASOCIADOS A LA HC
-INCLUYEN : CIRRÓSIS HEPÁTICA, DIABETES, PIGMENTACIÓNCUTÁNEA ATÍPICA Y CARDIOPATÍAS.
-EN EL CASO DE LOS HOMOZIGÓTICOS NO TRATADOS EL HEPATOCARCINOMA PRIMARIO ES RESPONSABLE DEL 30% DE LAS MUERTES POR ESTA ENFERMEDAD.
-NO OBSTANTE LA PENETRANCIA SUELE SER BAJA Y EN MUCHOS CASOS LOS SÍNTOMAS DIFUSOS.
If iron overload is not treated, your organs can become damaged. Eventually, iron overload could cause one or more of these conditions:
Liver cancer Diabetes Cirrhosis of the liver
Heart disease Arthritis Bronze skin
Impotence for men
Infertility and loss of periods for women
HEMOCHROMATOSIS – ASSOCIATED DISEASE
EL PAPEL DE LA HEPCIDINA EN EL METABOLISMO DEL HIERRO
