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淡谈铁蛋白
黄建华 2010年江苏生物高考卷第34题以铁蛋白合成的调节为背景考查了转录和翻译过程,这道题的出现引起了广大教师和学生对铁蛋白的兴趣。而高中阶段的生物并未涉及铁蛋白的知识,下面对铁蛋白的相关知识作一个简单的介绍。
淡谈铁蛋白
黄建华 2010年江苏生物高考卷第34题以铁蛋白合成的调节为背景考查了转录和翻译过程,这道题的出现引起了广大教师和学生对铁蛋白的兴趣。而高中阶段的生物并未涉及铁蛋白的知识,下面对铁蛋白的相关知识作一个简单的介绍。

1 铁蛋白的分布

铁蛋白可溶于水、胞浆和血浆,在细胞内液和外液中均较稳定。铁蛋白在脾脏、肝脏、骨髓中含量最高,在其他组织、血清、血细胞中含量相对较少,双壳类动物(如合浦珠母贝)的外套膜、消化腺和肌肉中的含量比较高。细胞内的铁蛋白主要是存在于细胞质中,脊椎动物的线粒体和细胞核也含有少量铁蛋白。昆虫还能向外分泌铁蛋白。


2 铁蛋白的结构

不同来源(如人、马、牛蛙和细菌等)的铁蛋白在一级结构上差异很大(氨基酸序列相似性有时只达到14%),但都有相同的结构体系,都是由24个亚基以高度对称性方式组成的内空腔的蛋白壳,空心直径约为8 nm,外径12-13 nm,分子量为500 kDa,空腔中可积累多达4 500个铁原子。
不同生物铁蛋白的24个亚基相差也较大,在脊椎动物中,这24个亚基分为两种:H亚基(氧化酶活性位点)和L亚基(氧化酶非活性位点)。H亚基含有一个氧化Fe2+的氧化中心,L亚基负责铁蛋白“空腔”的形成,它们在贮存铁和调节铁分布中起重要作用。在哺乳动物中,不同铁蛋白(H24L0、H22L2、HOL24)的H亚基和L亚基的比例不同,铁蛋白对金属的亲和力依赖于蛋白壳中这两个亚基的组成比例,这个比例在不同发育时期、不同组织、不同细胞是不同的,这就满足了各种细胞对铁的不同的需求。在牛蛙、鲑鱼、伯氏肩孔南极鱼和纽氏肩孔南极鱼等鱼的铁蛋白中还有第三种亚基――M亚基,牛蛙中重组M-铁蛋白比重组H-铁蛋白有更高的亚铁氧化酶活性,在伯氏肩孔南极鱼和纽氏肩孔南极鱼中只有H和M亚基,且亚基的组成具有组织特异性,脾脏中为M-均聚物,肝脏中为H/M杂聚物。昆虫分泌的铁蛋白的24个亚基共有4种,分子量分别为24 kDa、26 kDa、28 kDa、30 kDa。24kDa和26kDa亚基有相同的基因编码并且具有亚铁氧化酶活性,28 kDa亚基没有亚铁氧化酶活性位点且由不同的基因编码,30kDa亚基的序列还不清楚。

3 铁蛋白的功能

储存铁离子
铁蛋白可储存细胞中多余的铁,当外源可利用的铁不足时,铁蛋白可释放铁被细胞利用。铁蛋白储存铁分为4个步骤:Fe2+的进入及氧化、Fe3+的迁移、铁核形成以及铁核的增大,铁的氧化发生在蛋白壳中,将Fe2+绑定在亚铁氧化酶中心,Fe2+和氧反应生成了Fe3+,Fe3+移向空腔表面,继而成核,矿化形成铁核。当细胞缺铁时,铁蛋白中的Fe3+被还原为Fe2+,Fe2+与运铁蛋白结合,被氧化为Fe3+再运至需要代谢的场所,其过程可用图1表示。
过量铁有“毒”的原因是:过量的二价铁与过氧化氢反应产生活性自由基(Fe3++H2O2→Fe3+