第二章鐵資料

第二章鐵（Fe)第一節(jié)鐵的元素化學(xué)概述

Iron原子序數(shù)：26，位于過渡系的中央,主要穩(wěn)定氧化數(shù)+2+3,在生物體內(nèi)鐵還可以+4和+5的氧化數(shù)存在。地殼中含4100克/噸，海水中含量3.4微克/克,人體內(nèi)60微克/克。鐵在元素周期表中的位置第二節(jié)生物體內(nèi)的鐵單位：mg/100g鐵在體內(nèi)的含量和分布成年人：4～6g/人，平均4.5g/人。肝,脾,腎,肺含量高鐵大部分以蛋白質(zhì)復(fù)合物的形式存在。含量如下圖，單位：微克/克體內(nèi)血液中鐵元素含量范圍?全血：301～530(447)mg/L?紅細(xì)胞：995～1140mg/L?血漿：0.71～1.27(1.10)mg/L?血清：0.67～1.87(1.09)mg/L第三節(jié)鐵在體內(nèi)存在的形式及特性鐵以兩大類形式存在于動(dòng)物體內(nèi)

卟啉鐵類:血紅細(xì)胞內(nèi)的血紅蛋白;肌紅蛋白;細(xì)胞色素和酶類

非卟啉鐵類:運(yùn)鐵蛋白;鐵蛋白;乳鐵蛋白;含鐵血黃素;無機(jī)鐵等1、血紅蛋白每個(gè)血紅細(xì)胞約含2.8億個(gè)血紅蛋白分子,每個(gè)血紅蛋白分子含有4個(gè)鐵原子,血紅蛋白摩爾式量64500,以蚯蚓血紅蛋白為例：脫氧血紅蛋白模型血紅蛋白模型組成血紅蛋白的蛋白部分——珠蛋白，共有4條多肽鏈：一對(duì)α鏈，一對(duì)β鏈，前者每條鏈含有141個(gè)氨基酸單位，后者每條鏈含有146個(gè)氨基酸單位。每個(gè)亞鐵血紅素基包在一條多肽鏈中，每條鏈以三度空間有規(guī)律地折疊排列。4條鏈集合在一起，形成一個(gè)65×55×55（10-10）的球形分子。每個(gè)亞鐵血紅素中的鐵原子可以攜帶一個(gè)氧分子，在血內(nèi)參與氧的運(yùn)輸，同時(shí)間接作用與CO2的轉(zhuǎn)運(yùn)和釋放。2、肌紅蛋白：

蛋白部分摩爾式量16700，含有153個(gè)氨基酸的多肽鏈，含有一個(gè)亞鐵血紅素。一般認(rèn)為是肌肉貯存氧的場(chǎng)所，用以支付運(yùn)動(dòng)時(shí)肌肉所負(fù)的巨大氧債。3、細(xì)胞色素和酶類：由鐵組成或需鐵的細(xì)胞色素和酶類，參與體內(nèi)復(fù)雜的氧化還原過程。例如在肌肉細(xì)胞內(nèi)，細(xì)胞色素?fù)?dān)負(fù)著電子的傳遞，最后由細(xì)胞色素氧化酶的催化作用，使三羧循環(huán)脫下的氫原子由血紅蛋白從肺運(yùn)來的氧化和成水，以保證代謝過程。在氧化過程中可能產(chǎn)生過氧化物等有害物質(zhì)，但可被過氧化氫酶等鐵卟啉復(fù)合物破壞而解毒。

非鐵卟啉復(fù)合物

1、運(yùn)鐵蛋白（transferrin,siderophilin)：在血液中起運(yùn)載鐵的作用。摩爾式量為88000，體內(nèi)總含量約10克。2、鐵蛋白（ferritin)：是一種棕色的含鐵蛋白質(zhì)復(fù)合物。各種組織都含有鐵蛋白。摩爾式量為460000，直徑約130納米，內(nèi)腔60納米，可容納4500個(gè)鐵原子，它具有保護(hù)功能（防止鐵以離子狀態(tài)存在或從結(jié)合物中逸出而產(chǎn)生毒害作用）、貯存功能（進(jìn)入體內(nèi)的貯存鐵，大部分以鐵蛋白的形式存在）、調(diào)節(jié)鐵的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)鐵的作用。

3、乳鐵蛋白（lactoferrin)：是一種多肽鏈含鐵蛋白，摩爾式量77000，能結(jié)合2個(gè)鐵。存在于人體各種外分泌物及中性白細(xì)胞內(nèi)的顆粒中。具有抗菌消炎提高免疫力的作用。人乳中100毫升約含150到200毫克乳鐵蛋白。

4、含鐵血黃素

5、無機(jī)鐵

第四節(jié)鐵的功能及生物學(xué)作用鐵參加血紅蛋白、肌紅蛋白、細(xì)胞色素、細(xì)胞色素氧化酶、過氧化物酶及觸酶的合成。缺鐵或鐵的利用不良時(shí)，上述成分失常，導(dǎo)致氧的運(yùn)輸、貯存、二氧化碳的運(yùn)輸及釋放、電子的傳遞、氧化還原等代謝過程紊亂，產(chǎn)生病理變化，最后產(chǎn)生各種疾病。

缺鐵時(shí)，肝臟的發(fā)育速度減慢，肝內(nèi)合成DNA受到抑制，發(fā)生貧血，抑制生長(zhǎng)發(fā)育。

對(duì)感染的應(yīng)激能力降低一、鐵硫簇合物1Fe-0S:本圖給出了C.pasteurianum紅氧還蛋白（Rb)的晶體結(jié)構(gòu)分析結(jié)果。這個(gè)蛋白質(zhì)包含有一個(gè)被4個(gè)半胱氨酸六原子配位的四面體單鐵原子。Fe-S平均鍵長(zhǎng)為0.229nm

2Fe-2S:來至于S.platensis的x射線結(jié)構(gòu)研究表明｛Fe2S2（S-Cys）4｝2-的存在。這個(gè)雙橋聯(lián)Fe2S2單體中，F(xiàn)e…Fe間距為0.27nm。

3Fe-4s:4Fe-4s:鐵硫蛋白的合成模型

制備穩(wěn)定的鐵硫醇鹽立方體是十分困難的。但人們發(fā)現(xiàn)FeCl3、NaHS、于3摩爾的Na(SCH2Ph)在甲醇中反應(yīng)生成鐵硫醇鹽立方體。在這個(gè)反應(yīng)中，一些巰基配位體將鐵還原為+2價(jià)氧化態(tài)而消耗掉，從而使有機(jī)鐵硫化合物組裝合成成為可能。右圖為組裝示意圖二、生物體內(nèi)含鐵載氧體氧的生物功能包括氧化有機(jī)營(yíng)養(yǎng)物向細(xì)胞提供能量；釋放活性氧破壞或殺傷被內(nèi)吞入細(xì)胞的細(xì)菌和外來物質(zhì)；對(duì)外源性物質(zhì)在肝臟進(jìn)行氧化性解毒；參與某些氧化性代謝和生物合成等。氧的生物功能的實(shí)質(zhì)是光合作用的逆向反應(yīng)。生物體內(nèi)的物質(zhì)與能量轉(zhuǎn)換反應(yīng)是分散在細(xì)胞中進(jìn)行的，因此需要把“O2”及“燃料”運(yùn)送到或進(jìn)行物質(zhì)轉(zhuǎn)化的部位。完成運(yùn)輸任務(wù)的就是（血液）含有鐵的血紅蛋白、（組織）貯存鐵的肌紅蛋白、利用氧的細(xì)胞色素和（血液）運(yùn)出CO2的血紅蛋白。鐵的吸收量研究對(duì)象食物中獲取mg/d可吸收率%成年人10--155--20嬰兒(奶）>20兒童少年155--20婦女15--20>10孕婦20--30>10口服鐵劑吸收率約為1---5%

有機(jī)鐵可能好些影響鐵吸收的因素——食物因素動(dòng)物食品的鐵的吸收率大于植物食品。動(dòng)物食品與植物食品混合，有利于植物食品鐵的吸收。無機(jī)鐵與動(dòng)物食品和還原性物質(zhì)(Vc)混合食用，可提高吸收率。

食物名稱吸收率%

魚肉

11

牛肉

22

牛肝

16

大豆

2.6

小麥

1--5

人奶

>20

牛奶

13影響鐵吸收的因素——鐵的性質(zhì)及制劑二價(jià)鐵易于吸收，其中硫酸亞鐵、琥珀酸亞鐵、乳酸亞鐵、葡萄糖酸亞鐵、卟啉鐵較好。

個(gè)體對(duì)鐵的需要量影響著鐵的吸收率。

鐵的劑量適當(dāng)吸收率高。

影響鐵吸收的因素——胃腸的因素

胃內(nèi)酸度和分泌成分，對(duì)鐵的吸收起著重要作用。胃酸缺乏往往引起鐵的吸收障礙，胃切除的病人吸收鐵的能力降低。

小腸本身具有控制鐵的吸收機(jī)能。當(dāng)人需要鐵時(shí)，腸粘膜加速提高鐵的吸收；當(dāng)不需要鐵時(shí)，腸粘膜阻礙鐵的吸收。影響鐵吸收的因素——機(jī)體的狀態(tài)

不貧血的獻(xiàn)血者或孕婦的鐵吸收量顯著增加，高于正常2——10倍。婦女每天吸收0.5mg就可滿足需要，但月經(jīng)后每日吸收量竟達(dá)11mg。

患急慢性傳染病的人，鐵的吸收明顯減少。而且不論用任何治療，都不能增加鐵的吸收。消化道酸度偏低及缺銅都將影響鐵的吸收。體內(nèi)貯存鐵的數(shù)量、紅細(xì)胞生成率、骨髓功能狀態(tài)、促紅細(xì)胞生成素的含量、運(yùn)鐵球蛋白飽和度、血清鐵清除率、鐵蛋白合成的數(shù)量等影響鐵的吸收。老年人鐵的吸收量減少。第六節(jié)鐵的毒性急性鐵中毒鐵的致死量為200到900毫克/1000克。急性中毒可分為4個(gè)階段。第一階段:吞服1小時(shí)內(nèi)：腹痛、嘔吐、有時(shí)可見嘔血、黑便和代謝性酸中毒，不及時(shí)救治，可在4到6小時(shí)內(nèi)昏迷、死亡。第二階段:第一階段度過后，第二階段是一個(gè)平穩(wěn)期，一是好轉(zhuǎn)，二是進(jìn)第三階段。第三階段:吞服12到48小時(shí)之后，往往出現(xiàn)高熱、黃疸、抽搐、昏迷和死亡。第四階段:若幸存，在6周時(shí)進(jìn)入幽門狹窄、胃纖維化并有梗阻癥狀。慢性鐵中毒慢性中毒是鐵在體內(nèi)累積過多（罕見的病例體內(nèi)含鐵總量為正常人的10到20倍）而引起的毒性反應(yīng)。長(zhǎng)期吸入含鐵較高空氣或長(zhǎng)期攝入含鐵高的飲食以及多次大量輸血，可能引起鐵的慢性中毒。

臨床表現(xiàn)為頭重腳輕，記憶力、食欲減退。嚴(yán)重者皮膚呈棕色和灰色，骨質(zhì)疏松，軟骨鈣化，進(jìn)行性關(guān)節(jié)炎，嚴(yán)重者肝硬化，胰腺纖維化。鐵中毒的預(yù)防與救治慢性中毒重在預(yù)防。改善鐵塵較高的工作環(huán)境；注意鐵制劑的注射與服用量……。有條件的檢測(cè)體內(nèi)鐵的貯存量。

鐵中毒的治療：用于鐵選擇性配位的有機(jī)絡(luò)合劑靜脈滴入。急診病人還應(yīng)配合支持療法（輸氧、輸血、輸液等、催吐等等）。第七節(jié)與鐵有關(guān)的疾病缺鐵引起的疾病貧血：體內(nèi)鐵丟失總是超過鐵攝入，引起體內(nèi)鐵貯存明顯降低，可利用的鐵不夠正常合成血紅蛋白，使血液中血紅蛋白量減少，因此全身組織器官缺氧。

腦神經(jīng)系統(tǒng)變化：對(duì)外刺激的應(yīng)答減弱，易疲倦，工作耐力、學(xué)習(xí)能力、注意力、記憶力降低。

機(jī)體防御、抗感染能力降低正常成人含鐵4～6g，有60%在血循環(huán)中，其余貯存在肝和骨髓中。每天有20～25mL紅細(xì)胞因老化而損壞，由此釋放20～25mg的鐵，其中有19～24mg的鐵循環(huán)使用（再次合成血紅蛋白），約有1mg排出體外。每天吸收1mg鐵是容易的。但對(duì)于婦女失血較多，應(yīng)注意補(bǔ)鐵；對(duì)于兒童，成長(zhǎng)發(fā)育較快，應(yīng)注意補(bǔ)鐵；由于內(nèi)、外傷失血較多，應(yīng)注意補(bǔ)鐵。補(bǔ)鐵應(yīng)以食物為主，海洋食品、黑色食品含鐵較多。鐵的過度積累引起的疾病繼發(fā)性鐵的過度積累——慢性鐵中毒原發(fā)性鐵的過度積累基因第六染色體缺欠，使調(diào)節(jié)鐵攝入的機(jī)制不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。通常鐵的腸道吸收是受控的，一種是線性不飽和的，一種是飽和的。胎兒和新生兒前者為主，在正常情況下，出生后不久即轉(zhuǎn)變?yōu)楹笳叻绞健５狈Φ诹旧w的人，不能完成這一轉(zhuǎn)變，使攝入的鐵量得不到限制，而造成鐵的過多攝入和鐵過度積累。治療同慢性鐵中毒異常血紅蛋白癥先天性血紅蛋白異常

1、高鐵血紅蛋白癥：正常的亞鐵被氧化成高鐵或被高鐵取代，使載氧能力下降。

2、不穩(wěn)定血紅蛋白病:由于個(gè)別氨基酸的置換,插入或缺損,它們?nèi)菀自诩t細(xì)胞內(nèi)氧化,變成高鐵血紅蛋白,同時(shí)形成超氧離子自由基·O2-高鐵血紅蛋白又經(jīng)高鐵血色原形成沉淀而發(fā)生溶血。

3、地中海貧血：有意義的血紅蛋白鏈合成不足，無意義的血紅蛋白鏈合成相對(duì)過剩并在紅細(xì)胞內(nèi)聚集和沉淀。鐵與癌鐵與癌的關(guān)系尚不明確，但有幾點(diǎn)有關(guān)：

1、呈正相關(guān)，癌細(xì)胞的增長(zhǎng)需要大量的鐵。

2、鐵代謝異常，血漿濃度下降，輕度貧血。

3、鐵誘導(dǎo)的自由基造成的細(xì)胞損傷。

因此，有人認(rèn)為，去鐵可以抑制腫瘤生長(zhǎng)。

又有人認(rèn)為，由于鐵可以參與氧自由基代謝，所以它表現(xiàn)的細(xì)胞毒性可用來殺傷癌細(xì)胞鐵與感染和炎癥細(xì)菌生長(zhǎng)需要鐵，鐵能促進(jìn)細(xì)菌生長(zhǎng)。

正常情況下，血紅蛋白、肌紅蛋白中的鐵被保護(hù)，細(xì)菌不能利用。但組織受損時(shí)，引起細(xì)胞內(nèi)血紅蛋白釋放、降解，它的鐵可能被利用。在上述鐵利用度提高可促進(jìn)感染這一過程的同時(shí)，機(jī)體有一套機(jī)制去控制鐵對(duì)入侵細(xì)菌的供給。此時(shí)體溫升高，血鐵降低，使細(xì)菌的生存環(huán)境降低，直至細(xì)菌失活。

可采用鐵鰲合劑治療細(xì)菌感染。很多治療感染的藥物，含有鐵鰲合劑。

總結(jié)鐵：動(dòng)物體內(nèi)血紅蛋白中的鐵具有固定氧和輸送氧的功能，亞鐵離子是血紅蛋白的中心，它除與卟啉環(huán)的四個(gè)氮原子結(jié)合外，第五個(gè)位置為蛋白質(zhì)中組氨酸的一個(gè)咪唑氮原子所占，第六個(gè)位置可逆地與氧分子或水分子配位，鐵離子周圍蛋白質(zhì)的排列及強(qiáng)場(chǎng)配體氧分子的作用，使血紅蛋白氧合后形成亞鐵離子的低自旋配合物，以保證亞鐵離子與氧氣配位后而不被氧化。在過氧化氫酶和氧化酶中鐵保持正三價(jià)態(tài)。人體中約含3—6g/人，平均4.5