A ferritina é unha proteína intrracelular moi estendida por todo o organismo que almacena ferro e o libera de forma controlada. En vertebrados, a ferritina atópase xeralmente dentro das células, aínda que tamén está presente en pequenas cantidades no plasma sanguíneo.[3] A cantidade de ferritina almacenada reflicte a cantidade de ferro almacenado. A proteína prodúcena case todos os tipos de organismos vivos, entre os que están as algas, bacterias, plantas superiores e animais. Nos humanos actúa como un tampón contra a deficiencia ou a sobrecarga de ferro.[4]
A ferritina é un complexo de proteínas globulares que consta de 24 subunidades proteicas e é a principal proteína de almacenamento de ferro intracelular tanto en procariotas coma en eucariotas, que almacena o ferro en forma soluble e non tóxica. A ferritina que non está combinada co ferro denomínase apoferritina.
Descrición
A ferritina é unha proteína de 450 kDa que consta de 24 subunidades que está presente en todos os tipos celulares.[5] En vertebrados, estas subunidades son de tipo lixeiro (L) ou pesado (H) cun peso molecular aparente de 19 ou 21 kDa respectivamente; as súas secuencias son homólogas aproximadamente nun 50%.[5] Os anfibios teñen un tipo adicional, o "M", de ferritina.[6] A única ferritina de plantas e bacterias parécese máis á de tipo H de vertebrados.[6] No gasterópodoLymnaea atopáronse dous tipos, e nese animal a ferritina somática é diferente á da xema dos ovos (véxase máis abaixo).[6] Na ostra perlífera atopouse unha subunidade adicional que lembra á ferritina somática de Lymnaea que está asociada coa formación da cuncha.[7] No parasitoSchistosoma hai dous tipos de ferritina, un en machos e o outro en femias.[6] Todas as ferritinas antes mencionadas son similares en canto á súa secuencia primaria á de vertebrados de tipo H.[6] Na de E. coli obsérvase un 20% de semellanza coa ferritina humana H.[6] Dentro do armazón da ferritina, os ións de ferro forman cristalitas (ou grans) xunto con fosfato e ións hidróxido. A partícula resultante é similar ao mineral ferrihidrita. Cada complexo de ferritina pode almacenar uns 4500 ións férricos (Fe3+).[5][6]
Algúns complexos ferritina en vertebrados son heterooligómeros de dous produtos xénicos moi relacionados con propiedades fisiolóxicas lixeiramente diferentes. A proporción das dúas proteínas homólogas no complexo depende dos niveis de expresión relativos dos dous xenes.
Recentemente, identificouse a ferritina mitocondrial como unha proteína precursora, e clasifícase como unha proteína de unión a metais que está localizada dentro da mitocondria.[8] Unha vez que a proteína é captada pola mitocondria pode ser procesada orixinando unha proteína madura e ensamblada para formar armazóns de ferritina funcionais. A súa estrutura foi determinada a unha resolución de 1,70 ángstroms por medio de difracción de raios X e contén 182 residuos de aminoácidos. É helicoidal nun 67%. O gráfico de Ramachandran[9] mostra que a súa estrutura é principalmente de tipo hélice alfa con follas beta pouco frecuentes. A diferenza das outras ferritinas humanas, parece non ter intróns no seu xene.
A ferritina serve para almacenar ferro en forma non tóxica, depositalo de forma segura, e transportalo a áreas nas que se require.[10] A función e estrutura da proteína ferritina expresada varía segundo o tipo celular. Isto está controlado principalmente pola cantidade de tradución do ARNm, e pola estabilidade que este teña. A concentración de ARNm axústase despois por cambios na forma de almacenalo e na eficiencia da transcrición.[5] A propia presenza de ferro é o principal causante da produción de ferritina,[5] con algunhas excepcións (como a ferritina da xema de ovo do gasterópodo Lymnaea, que carece dunha unidade sensible ao ferro).[6]
O ferro libre é tóxico para a célula, xa que actúa como catalizador na formación de radicais libres de especies reactivas do oxíxeno por medio da reacción de Fenton.[11] Por tanto, os vertebrados usan un conxunto elaborado de mecanismos protectores para ligarse ao ferro en varios tecidos. Dentro das células o ferro almacénase en complexos proteicos como a ferritina e a hemosiderina. A apoferritina únese ao ferro libre e almacénao en estado férrico. A medida que se acumula a ferritina dentro das células do sistema reticuloendotelial, os agregados de proteínas dan lugar a hemosiderina. O ferro da ferritina ou da hemosiderina pode ser extraído polas céluals reticuloendoteliais, aínda que o da hemosiderina é menos accesible. Xeralmente, o nivel de ferritina no soro sanguíneo correlaciónase co ferro total almacenado no corpo; deste modo, a proba de ferritina sérica FR5Rl é a proba de laboratorio máis conveniente para estimar a cantidade de ferro almacenado.
Como o ferro é un importante mineral na mineralización, a ferritina emprégase nas cunchas de organismos como os moluscos para controlar a concentración e distribución do ferro, contribuíndo á morfoloxía e coloración da cuncha.[12][13] Tamén xoga un papel na hemolinfa dos moluscos poliplacóforos, nos que serve para transportar rapidamente o ferro á rádula en mineralización.[14]
Actividade ferroxidase
A cadea pesada da ferritina tamén posúe actividade ferroxidase, isto implica a conversión do ferro do estado ferroso (Fe2+) a férrico (Fe3+). Isto limita a reacción nociva entre o ferro ferroso e o peróxido de hidróxeno coñecida como reacción de Fenton, que produce o daniño radical hidroxilo.
Resposta inmunitaria
As concentracións de ferritina increméntanse drasticamente cando hai unha infección ou cancro. A endotoxina bacteriana é un regulador á alza da expresión do xene que codifica a ferritina, polo que fai aumentar a concentración de ferritina. Polo contrario, cando hai unha infección por microorganismos que non posúen endotoxinas, como Pseudomonas, diminúen significativamente os niveis de ferritina nas primeiras 48 horas de infección. Deste modo, o ferro almacenado no corpo infectado non é accesible para o axente infeccioso, o que impide o funcionamento normal do seu metabolismo, o que é unha protección para o corpo.[3]
Resposta ao estrés
A concentración de ferritina increméntase en resposta a estreses como a anoxia;[15] isto implica que a ferritina é unha proteína de fase aguda, é dicir, unha proteína que se acumula en estados de inflamación ou estrés.[16]
Mitocondrias
A ferritina mitocondrial ten moitos papeis na función molecular. Participa na actividade ferroxidase, actividade oxidorredutase, unión do ión férrico, unión de ións metálicos e unión de metais de transición. No campo dos procesos biolóxicos participa na oxidación-redución, transporte de ións ferro a través das membranas e na homeostase celular do ión ferro.
Xema de ovo
Nalgúns caracois, o compoñente proteico da xema de ovo é principalmente ferritina,[17] pero é unha ferritina diferente, cunha diferente secuencia xenética que a da ferritina somática. Prodúcese nas glándulas do intestino medio e é segregada na hemolinfa, desde onde se transporta ata os ovos.[17]
Usos para o diagnóstico
Os niveis de ferritina do plasma sanguíneo mídense nos laboratorios de medicina como parte do estudo do estado do ferro no corpo para o diagnóstico da anemia e para a síndrome de pernas inquietas. Os niveis de ferritina medidos xeralmente teñen unha correlación directa coa cantidade total de ferro almacenado no corpo. Porén, os niveis de ferritina poden ser artificialmente altos en casos de anemia asociada a enfermidade crónica na cal a ferritina está elevada porque é unha proteína de fase aguda (que se acumula durante unha inflamación) e non por ser un marcador da carga de ferro.
As cavidades formadas pola ferritina e miniferritinas (proteínas Dps ou DNA-binding proteins from starved cells, proteínas de unión ao ADN de células desnutridas) foron utilizadas con éxito como cámara de reacción para a fabricación de nanopartículas metálicas.[18][19][20][21] Estes armazóns proteicos serven como molde para restrinxir o crecemento das partículas e como recubrimento para impedir a coagulación/agregación das nanopartículas. Utilizando varios tamaños destes armazóns proteicos de ferritina, poden sintetizarse doadamente nanopartículas de varios tamaños para aplicacións químicas, físicas e biomédicas.
Notas
↑; Granier T, Langlois d'Estaintot B, Gallois B, Chevalier JM, Précigoux G, Santambrogio P, Arosio P (2003). "Structural description of the active sites of mouse L-chain ferritin at 1.2 A resolution". J. Biol. Inorg. Chem.8 (1–2): 105–11. PMID12459904. doi:10.1007/s00775-002-0389-4.
↑Langlois d'Estaintot B, Santambrogio P, Granier T, Gallois B, Chevalier JM, Précigoux G, Levi S, Arosio P (2004). "Crystal structure and biochemical properties of the human mitochondrial ferritin and its mutant Ser144Ala". J. Mol. Biol.340 (2): 277–93. PMID15201052. doi:10.1016/j.jmb.2004.04.036.
↑ 3,03,1Ong, D.; Wang, L.; Zhu, Y.; Ho, B.; Ding, J. (2005). "The response of ferritin to LPS and acute phase of Pseudomonas infection". Journal of endotoxin research 11 (5): 267–280. doi:10.1179/096805105X58698. PMID 16262999.
↑ 5,05,15,25,35,4Theil, E. (1987). "Ferritin: structure, gene regulation, and cellular function in animals, plants, and microorganisms.". Annual review of biochemistry 56 (1): 289–315. doi:10.1146/annurev.bi.56.070187.001445. PMID 3304136.
↑ 6,06,16,26,36,46,56,66,7Andrews, S. C.; Harrison, P. M.; Yewdall, S. J.; Arosio, P.; Levi, S.; Bottke, W.; Von Darl, M.; Briat, J. F. �O. et al. (1992). "Structure, function, and evolution of ferritins". Journal of Inorganic Biochemistry 47 (3-4): 161. doi:10.1016/0162-0134(92)84062-R. PMID 1431878. |displayauthors= suggested (help)
↑Zhang, Y.; Meng, Q.; Jiang, T.; Wang, H.; Xie, L.; Zhang, R. (2003). "A novel ferritin subunit involved in shell formation from the pearl oyster (Pinctada fucata)". Comparative Biochemistry and Physiology Part B: Biochemistry and Molecular Biology 135: 43. doi:10.1016/S1096-4959(03)00050-2. [1]
↑Levi S, Corsi B, Bosisio M, Invernizzi R, Volz A, Sanford D, Arosio P, Drysdale J (2001). "A human mitochondrial ferritin encoded by an intronless gene". J. Biol. Chem.276 (27): 24437–40. PMID11323407. doi:10.1074/jbc.C100141200.
↑"Copia arquivada"(PDF). Arquivado dende o orixinal(PDF) o 12 de maio de 2013. Consultado o 07 de xullo de 2013.
↑Seckback, J. (1982). "Ferreting out the secrets of plant ferritin - A review". Journal of Plant Nutrition 5 (4–7): 369–394. doi:10.1080/01904168209362966. [2]
↑Orino, K.; Lehman, L.; Tsuji, Y.; Ayaki, H.; Torti, S. V.; Torti, F. M. (2001). "Ferritin and the response to oxidative stress". Biochemical Journal 357 (Pt 1): 241. doi:10.1042/0264-6021:3570241. PMC 1221947. PMID 11415455.
↑Jackson, D. J.; Wörheide, G.; Degnan, B. M. (2007). "Dynamic expression of ancient and novel molluscan shell genes during ecological transitions". BMC Evolutionary Biology 7: 160. doi:10.1186/1471-2148-7-160. PMC 2034539. PMID 17845714.
↑Yano, M.; Nagai, K.; Morimoto, K.; Miyamoto, H. (2006). "Shematrin: a family of glycine-rich structural proteins in the shell of the pearl oyster Pinctada fucata". Comparative biochemistry and physiology. Part B, Biochemistry & molecular biology 144 (2): 254–262. doi:10.1016/j.cbpb.2006.03.004. PMID 16626988.
↑Kyungsukkim; Webb, J.; Macey, D. (1986). "Properties and role of ferritin in the hemolymph of the chiton Clavarizona hirtosa". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - General Subjects 884 (3): 387. doi:10.1016/0304-4165(86)90188-1.
↑Larade, K.; Storey, K. B. (2004). "Accumulation and translation of ferritin heavy chain transcripts following anoxia exposure in a marine invertebrate". Journal of Experimental Biology 207 (Pt 8): 1353. doi:10.1242/jeb.00872. PMID 15010486.
↑Beck, G.; Ellis, T. W.; Habicht, G. S.; Schluter, S. F.; Marchalonis, J. J. (2002). "Evolution of the acute phase response: iron release by echinoderm (Asterias forbesi) coelomocytes, and cloning of an echinoderm ferritin molecule". Developmental and comparative immunology 26 (1): 11–26. doi:10.1016/S0145-305X(01)00051-9. PMID 11687259.
↑ 17,017,1Bottke, W.; Burschyk, M.; Volmer, J. (1988). "On the origin of the yolk protein ferritin in snails". Roux's Archives of Developmental Biology 197 (7): 377. doi:10.1007/BF00398988. [3]
↑Kasyutich, O.; Ilari, A.; Fiorillo, A.; Tatchev, D.; Hoell, A.; Ceci, P. (2010). "Silver Ion Incorporation and Nanoparticle Formation inside the Cavity ofPyrococcus furiosusFerritin: Structural and Size-Distribution Analyses". Journal of the American Chemical Society 132 (10): 3621–3627. doi:10.1021/ja910918b. PMID 20170158. edit Kasyutich, O.; Ilari, A.; Fiorillo, A.; Tatchev, D.; Hoell, A.; Ceci, P. (2010). "Silver Ion Incorporation and Nanoparticle Formation inside the Cavity ofPyrococcus furiosusFerritin: Structural and Size-Distribution Analyses". Journal of the American Chemical Society 132 (10): 3621–3627. doi:10.1021/ja910918b. PMID 20170158.
↑Uchida, M.; Flenniken, M. L.; Allen, M.; Willits, D. A.; Crowley, B. E.; Brumfield, S.; Willis, A. F.; Jackiw, L. et al. (2006). "Targeting of Cancer Cells with Ferrimagnetic Ferritin Cage Nanoparticles". Journal of the American Chemical Society 128 (51): 16626–16633. doi:10.1021/ja0655690. PMID 17177411. |displayauthors= suggested (help) edit Uchida, M.; Flenniken, M. L.; Allen, M.; Willits, D. A.; Crowley, B. E.; Brumfield, S.; Willis, A. F.; Jackiw, L. et al. (2006). "Targeting of Cancer Cells with Ferrimagnetic Ferritin Cage Nanoparticles". Journal of the American Chemical Society 128 (51): 16626–16633. doi:10.1021/ja0655690. PMID 17177411. |displayauthors= suggested (help)
↑Li, M.; Viravaidya, C.; Mann, S. (2007). "Polymer-Mediated Synthesis of Ferritin-Encapsulated Inorganic Nanoparticles". Small 3 (9): 1477. doi:10.1002/smll.200700199. PMID 17768776. edit Li, M.; Viravaidya, C.; Mann, S. (2007). "Polymer-Mediated Synthesis of Ferritin-Encapsulated Inorganic Nanoparticles". Small 3 (9): 1477. doi:10.1002/smll.200700199. PMID 17768776.
↑Ueno, T.; Suzuki, M.; Goto, T.; Matsumoto, T.; Nagayama, K.; Watanabe, Y. (2004). "Size-Selective Olefin Hydrogenation by a Pd Nanocluster Provided in an Apo-Ferritin Cage". Angewandte Chemie International Edition 43 (19): 2527. doi:10.1002/anie.200353436. PMID 15127443. edit Ueno, T.; Suzuki, M.; Goto, T.; Matsumoto, T.; Nagayama, K.; Watanabe, Y. (2004). "Size-Selective Olefin Hydrogenation by a Pd Nanocluster Provided in an Apo-Ferritin Cage". Angewandte Chemie International Edition 43 (19): 2527. doi:10.1002/anie.200353436. PMID 15127443.
