Proteine di trasporto del ferro: transferrina e ferritina

Proteine di trasporto del Fe

Famiglia di proteine riconosciute da recettori di membrana Sono glicoproteine Transferrina nel siero Ovotrasferrina nell'albume delle uova di uccelli e rettili Lattoferrina presente nel latte, lacrime, saliva, secrezioni nasali e genitali La lattoferrina, conosciuta anche come lattotransferrina è una proteina globulare multifunzionale con attività antimicrobica, sia battericida che fungicida.

Transferrina: Caratteristiche e Funzioni

TRANSFERRINA: 80 kDa, monomero, glicoproteina Sintetizzata dal fegato e secreta nel plasma Lega due ioni Fe solo nella forma ossidata Fe(III) Abbondanza nel sangue 2.5 g/L 30 % satura 35 % 1 solo atomo di ferro 35 % apo - senza metallo

Trasporto ematico inter-organo della Transferrina

NTRANSFERRINA: trasporto ematico inter-organo = 0,1% ferro totale legato alla transferrina (Tf), proteina plasmatica sintetizzata nel fegato La Tf ha due siti di legame per il Fe+3 ma satura per il 30%; SCOPO: - mantenere il ferro in una forma solubile e non reattiva - prevenire accumulo tossico di Fe non legato a proteina. saturazione della transferrina: livello Fe sierico / livello Tf analisi di laboratorio come indice di stato per il ferro carenza Saturazione Tf ↓ anemia ↓ sovraccarico

Lattoferrina: Omologia e Ruolo

LATTOFERRINA: 40% omologia con la transferrina LATTE MATERNO E SECREZIONI (saliva, lacrime) - assorbimento del ferro nel neonato - difesa antibatterica ed Immunità innata

Sito di legame del ferro e del carbonato alla trasferrina

Sito di legame del ferro e del carbonato alla trasferrina (due per ogni molecola di transferrina) Tyr Y192/526 azoto ossigeno carbonio 2.2/2.2 2.1/1.9 Tyr Y94/431 2.0/2.0 2.2/2.1 Ione carbonato 2.1/2.0 Y = Tyr H = His D = Asp H253/594 His 1.8/1.9 ferro D62/396 Asp

Sito di legame ferro Transferrina

Sito di legame ferro Transferrina carbonate binding pocket O aspartyl O tyrosyl OH OH N tyrosyl N H histidyl (a) +Fell, CO,2- -Fell, CO,2- = carbonate binding pocket O O aspartyl O O tyrosyl Fe O O N tyrosyl N H histidyl (b)

Meccanismo di inserimento del Fe nella transferrina

Meccanismo di inserimento del Fe nella transferrina Y = Tyr H = His D = Asp CO32 Y95 H249 Y95 H24 1 Y188 D63 Y188 D63 Anion binding site 1 2 Apo-transferrin Y95 H24 Fe3+ with Chelator Y1881 D63 2 Chelator Y95 H249 Y95 H249 Conformational change Y188 Y188 D63 ... 1 Domain closure 2 Holo-transferrin 1 2 1 D63

Recettore di membrana per la Transferrina - Tfr

Recettore di membrana per la Transferrina - Tfr Ubiquitario, presente nella maggior parte delle cellule - Omodimero (90 kDa per monomero - 1 molecola di palmitato lega ogni subunità alla membrana - 4 siti di glicosilazione - 1 ponte disolfuro intercatena - Le estremità N-terminali presentano una sequenza conservata tyr-thr-arg-phe che funge da segnale per l'endocitosi - Lega preferenzialmente transferrina bi-ferrica Fe++ Fe++ Fe+ Fe++ Fe++ Fe++ Fe++ T Fe++ s Palm Palm NH2 NH2 A 122 184 384 606 760 B Apical Domain Helical Domain Protease-Like Domain Plasma Membrane

Endocitosi del complesso Tf-TfR

Endocitosi del complesso Tf-TfR Tf-Fe(III) binding to TfR TfR Fe(III) (PH 7.2) Receptor-mediated endocytosis Plasma membrane Clathrin-coated pit Recycling endosome STEAP3 DMT1 (PH 5.5) "Fe(III) Fe(III)- Fe(II)- TFe(II) Endosome Fe Fe Fe Fe Fe Haemoglobin Ferritin STEAP 3 è una ferro-reduttasi DMT1 è un trasportatore di metalli bivalenti Pompa protonica acidifica (pH 5,4) e libera Fe+3, che ridotto a Fe+2 tramite STEAP viene trasportato da DMT1 nel citoplasma. ApoTf e TfR ritornano alla superficie cellulare per un ulteriore ciclo Una molecola di Tf ha una vita media di 2 giorni e può effettuare fino a 100 trasporti di Fe ATP H+ ADP+P Pompa protonica Membrana del Lisosoma pH = 4.8 Rivestimento interno Enzimi Lisosomiali

Assorbimento cellulare e riciclaggio della transferrina

Assorbimento cellulare, riciclaggio della transferrina e assimilazione del ferro nelle cellule eritroidi · Cellule eritroidi necessitano di Fe per la sintesi dell'eme e Hb · Questo processo è garantito dal riciclo dei RBC tramite fagocitosi e in minima parte dal Fe della dieta · Assimilazione è mediata da endocitosi-recettore mediata della transferrina (TfR1) · I| DMT1 lo trasporta nel pool citosolico (previa riduzione a FeII) Steap3 (six-transmembrane epithelial antigen of the prostate-3) è una ferroreduttasi endosomiale TfR1 and clathrin-coated pit (b) - Tf-TfR1 Complex Fe(III) Erythroid precusor 4Fe(II) 303? Sec1511 ? DMT1 Ste? Mitochondria Sec1511 docks vesicle to mitochondria? · Fe passa poi nei mitocondri (ipotesi di passaggio diretto dall'endosoma via Sec1511)

Chemistry and Biology of Ferritin

Chemistry and Biology of Ferritin Marina Plays1,2,3,4, Sebastian Müller1,2,3,4*, Raphaël Rodriguez1,2,3,4* Fe2+ Fe3+ Ferritin CHEMISTRY OF FERRITIN BIOLOGY OF FERRITIN DISEASES BIOMEDICAL APPLICATIONS

Ferritina: Forma di riserva del ferro

FERRITINA forma di riserva del ferro; ubiquitaria 440 kDa apoproteina: Nanogabbia costituita da 24 subunità di tipo L (leggera) ed H (pesante) subunità H (FTH1) 21 kDa: enzima con attività ferrossidasica (Fe+2 -> Fe+3) subunità L (FTL) 19 kDa: facilita la nucleazione e il trasferimento di elettroni 4.500 - 5000 atomi di Fe sotto forma di complesso di ossido e fosfato ferrico FTH1 e FTL sono ubiquitarie ma la loro espressione varia nei tessuti e in risposta a condizioni fisiologiche cuore, muscolo predomina tipo H (rapido turnover, per il metabolismo cellulare) fegato, milza predomina tipo L (riserva a lungo termine) precursore della emosiderina, aggregato eterogeneo di ferro, componenti lisosomiali ed altri prodotti di digestione cellulare

Aspetti strutturali della FERRITINA

A Aspetti strutturali della FERRITINA 55% Omologia di sequenza delle 2 subunità Stessa struttura 3D - 4 eliche parallele e antiparallele e un piccola elica (E) Le subunità si assemblano a costituire una nanogabbia sferica con stabilità al pH da 3-9 Eteropolimero è la forma più stabile Human ferritin H-chain (hFTH) D E C C-te A N-ter Human ferritin L-chain (hFTL) D C E 'C-ter N-ter A B C A. Monomero con struttura a 4 eliche (bundle) a fascio B. Struttura quaternaria della ferritina umana formata da 24 subunità C. Struttura della ferritina dei batteri 12 subunità

Canali e siti funzionali della Ferritina

FERRITINA 3-fold channel 3-fold channel Fe+++ ANA - AF+++ 3-fold channel 4-fold channel 3-fold channel T A Fe++ Il canale all'interfaccia di 4 subunità presenta amminoacidi apolari Il canale all'interfaccia di 3 subunità è invece polare Possiede diversi siti funzionali: Sito di ingresso del Fe, Sito ferrossidasico, Sito di traslocazione, Sito di nucleazione minerale La subunità H possiede l'attività ferrossidasica data da una regione di legame per il Fe che non è presente nella subunità L La subunità L è quindi importante per la nucleazione e l'immagazzinamento del metallo D Glu C Asp Glu

Ferritin protein cages

Ferritin protein cages. a (b) (c) Fe(II) 3-fold pore V Di-iron site Fe(l)),0: Inner cavity Mineral Fe(III) O Biomineral Current Opinion in Chemical Biology Theil EC, Current Opinion in Chemical Biology 2011 Il ferro passa nella gabbia attraverso i canali ionici (16 Aº) che collegano i pori interni ed esterni della gabbia per distribuire il Fe(II) a ciascuno dei tre siti ossidoreduttasi. (a) Una vista dall'esterno in un canale ionico attorno al triplice asse; giallo - fasci di eliche, rosso - sezioni dispiegate di tre subunità attorno agli otto pori. (b) Sezione trasversale di una gabbia proteica di ferritina; giallo - fasci di eliche assemblati, grigio - Fe minerale in sovraccarico di ferro; rosso/bianco - regione del canale ionico (c) Schema del ferro che si muove attraverso i pori esterni della ferritina verso i canali ionici Fe(II) e verso i siti dell'ossidoreduttasi, quindi attraverso i canali di nucleazione Fe(III)O nella cavità di mineralizzazione. Sfere: Rosso - Fe(II); arancione - Fe(III), verde - Mg(II). Eliche dalle subunità che contribuiscono ai residui ai canali ionici: verde - elica 1, rosa - elica 2 e grigio - elica 3. Le frecce sono i percorsi del ferro attraverso la gabbia: blu - Fe (II) e rosa - Fe (III) O

Mineralizzazione del Fe nella Ferritina

Mineralizzazione del Fe nella Ferritina Ferroxidase Activity Fe 2+ Fell Fel + O2 Apoferritin Shell - H2O2 Fe Fell 7 Ferritin H Sequestered Iron (Fe 3+) Ferritin L Fe(II) 3-fold pore Di-iron site Fe(ll), O Inner cavity 1+ Mineral Fe(III) O Biomineral Il Fe2+ viene ossidato a Fe3+ sulla subunità H e subito il metallo viene preso dalla subunità L che lo porta nel centro di nucleazione Nelle nostre cellule lo chaperone PCBP1 e 2 aiutano il trasporto del Fe alla ferritina human poly(rC)-binding protein 1 and 2 (PCBP1 and PCBP2)

Reazione per la deposizione del ferro nel nucleo della ferritina

La reazione per la deposizione del ferro nel nucleo della ferritina: Solution/cytoplasm 1 H204 2 Fe(II) + O2 -> [Fe(III)-O-O-Fe(III)] ->Fe(III)-O-Fe(III) + H2O2 > Ferritin cavity mineral Gin-141 N Glu-107 H H O O O Glu-27 Fe A O Fe B O N. O O o His-65 Glu-61 N Glu-62 Per incorporare il Fe la ferritina necessita di un centro ferrossidasico - costituito da residui AA che legano 2 atomi di Fe Il sito può usare O2 oppure H2O2 Il sito è presente solo sulle catene H Ferritin ferroxidation 2Fe(II) + O2+ 4H2O ->2Fe(O)OH, (core) + H2O2 + 4H+ (1) 2Fe(II) + H2O2+ 2H2O ->2Fe(O)OH(core) + 4H+ (2) O H C O-H

Struttura del minerale di ferro nella ferritina

La reazione per la deposizione del ferro nel nucleo della ferritina: H204 2 Fe(II) + O2 -> [Fe(III)-O-O-Fe(III)] ->Fe(III)-O-Fe(III) + H2O2 1 Ferritin cavity mineral Solution/cytoplasm 1 Sezione rappresentativa della struttura del minerale di ferro nella ferritina oxygen . iron Struttura del solido cristallino ferridrite

Localizzazioni e funzioni della ferritina nella cellula

Figure 2 Serum ferritin (mainly L-ferritin) Iron carrier Implication in inflammation Prominin2 Secretion through non-classical pathways (lysosomal, multivesicular bodies) Cytosol Nucleus Cytosolic ferritin (H/L-heteropolymer) NCOA4 Translocation Nuclear ferritin DNA protection from ROS Iron storage Protection from ROS Epigenetic modifications Autophagosome PCBP1 H3K9me2 H3K27me3 H3K4me3 Ferritinophagy and others Lysosome · Labile iron pool (LIP) OFF ON Iron release iron . Histone demethylases Lysosomal ferritin (H/L-heteropolymer) Mitochondrion a-Ketoglutarate Autolysosome Iron storage/ protection against ROS exogenous ferritin uptake Mitochondrial ferritin (MtFt) TIR1 Scara5 FTH1 ferritin Figure 2. Localizations and functions of ferritin in the cell. Iron storage/delivery

Ferritina Mitocondriale

Ferritina Mitocondriale - La proteina ha una sequenza di 56-50 AA per la localizzazione mitocondriale - Omologia di sequenza con la forma citosolica è del 79% e i residui del centro ferrossidasico sono conservati - É costituita da 24 subunità H - Non è regolata a livello post- trascrizionale dal fe Fe-S + Mfrn heme MtF