Absorção e transporte de ferro

O mecanismo exato, que regula a absorção de ferro através da mucosa intestinal, não é totalmente conhecido. O modelo simples de absorção de ferro é a captação de ferro através da mucosa intestinal, e a transferência deste ferro pela transferrina, para todas as células corporais (Figura 1) (BOCCIO et al; 2003;

CONRAD, UMBREIT, MOORE, 1999).

Introdução

Figura 1 - Ciclo biológico do ferro. Distribuição e intercambio entre os distintos compartimentos (Figura adaptada de BOCCIO, J. et al. Current Knowledge of iron metabolism, Biol Trace Element Research, v.92; p.189-211; 2003).

O ferro ingerido pode ser encontrado no lumen intestinal nas formas de ferro heme e não heme. A transferência de ferro do lumen intestinal para o enterócito, segundo dados recentes, indica caminhos separados para o ingresso de ferro na forma ferrosa e férrica (Figura 2) (CONRAD, UMBREIT, MOORE, 1999).

Transferrina Hemossiderina ^Ferritina

1000 mg

Introdução

Figura 2- Vias de absorção de ferro (Figura adaptada de CONRAD, M.E.; UMBREIT, J.N.;

MOORE, E.G. Iron absorption and transport. Am. J. Med. Sci.; v.318, n.4, p.213-29, 1999).

A absorção do ferro ocorre principalmente nas primeiras porções do intestino delgado. O estômago contribui para a absorção do ferro através da secreção de ácido clorídrico e enzimas que ajudam, não somente liberar o ferro da matriz alimentar, mas também na sua solubilização, pois o ácido clorídrico favorece a redução deste cátion para a forma ferrosa (BOCCIO et al, 2003; SKIKNE; LYNCH;

COOK, 1981).

O processo de absorção do ferro pode ser dividido seqüencialmente nas seguintes etapas: a) captação; b) transporte e armazenamento intra-enterocítico e c) transferência para o plasma. (Figura 3)

Introdução

Figura 3 - Captação e transferência de ferro pelo enterócito. – Ferro não heme: um redutor como o ascorbato reduz o ferro férrico não heme para ferroso (1). Quelatos seqüestra e solubiliza o ferro não heme. O ferro não heme é então transferido para proteínas ligantes dentro do lumen (2). O ferro ligado à proteína liga-se a um transportador específico na superfície luminal do enterócito (3). O ferro não heme é transportado para o interior do enterócito (4). Este ferro é então transferido para um quelato de baixo peso molecular ou para uma proteína como transferrina (5). A transferrina ligada à proteína libera o ferro para a célula mucosal ferritina (6) ou para a superfície basolateral do enterócito (8). O ferro que não é seqüestrado pela ferritina é liberado para a superfície basolateral do enterócito (9) e oxidado liga-se a transferrina (10). – Ferro heme: o ferro heme liga-se a receptores (1 h) e é internalizado (2 h). Após a entrada na célula, o ferro heme é degradado para ferro, monóxido de carbono (2) e bilirrubina IXa pela enzima heme oxigenase (3 h). Este ferro entra no pool de ferro intracelular (enterócito) comum (4 h) (5) e é processado como ferro não heme. (Figura adaptada de BEARD, J.L.; DAWSON, H.; PIÑERO, D.J. Iron metabolism: a comprehensive review. Nutrition Reviews. v.54, p.295-317, 1996).

a) Captação:

O ferro no lumen intestinal pode apresentar-se na forma heme e não heme.

Ambos podem ser transferidos do lumen intestinal para o enterócito de diferentes maneiras (CONRAD, UMBREIT, MOORE, 1999).

Transporte

Introdução

Como demonstrado na Figura 2; na primeira etapa, o ferro não heme deve ser solúvel para ser absorvido, porque as formas insolúveis não podem ser absorvidas e são excretadas com as fezes. O ferro ferroso é mais solúvel do que as formas férricas, estas se precipitam rapidamente em meio alcalino no intestino delgado. Por esta razão, o ferro que é livre através da ação do suco gástrico e proteases pancreáticas está ligado a ligantes intraluminais, que têm a função de estabilizar a forma ferrosa, resguardando o ferro solúvel e, conseqüentemente, a disponibilidade biológica para a captação e transferência de ferro para o enterócito (BOCCIO et al, 2003).

Mesmo assim, há algumas controvérsias. Considerando a identificação de agentes ligantes específicos, muitos autores concordam que pode ser uma glicoproteína chamada mucina. A mucina sinérgica com outros agentes ligantes ao ferro, de baixo peso molecular como a histidina, ascorbato ou frutose, aumentando a captação de ferro pelo enterócito (HOFMAN, 1996; CONRAD, UMBREIT, MOORE, 1991).

Subseqüentemente, esta proteína fixadora unida ao ferro, pode ainda se ligar a um carreador específico na superfície do lumen intestinal chamada integrina, no qual o ferro também pode ser transferido. Neste caminho, o ferro é introduzido ao interior da célula por ligantes de baixo peso molecular ou proteína similar a transferrina, chamada por alguns autores de mobilferrina (CONRAD, UMBREIT, MOORE, 1999; YKEDA et al, 1995; RAJA, SIMPSON, PETERS, 1987;

STREMMENL, LOTZ, NIEDERAU, 1987).

O ferro heme é solúvel em meio alcalino e, portanto, ligantes intraluminais não são necessários. O mecanismo de captação é ainda controvertido, considerando a existência de um carreador específico ou receptor para este tipo de ferro. O ferro

Introdução

heme no interior do enterócito é degradado para monóxido de carbono e bilirrubina IXa por ação da enzima hemeoxigenase. O ferro, liberado através deste mecanismo, se une a ligantes de baixo peso molecular ou proteína similar à transferrina, formando junto ao ferro não heme, parte do pool comum de ferro intracelular do enterócito (Figura 2) (CONRAD, UMBREIT, MOORE, 1999).

b) Transporte e armazenamento intra-enterocítico:

O ferro que se encontra no interior do enterócito, este não está livre, e sim unido a diferentes ligantes. Um deles, talvez o mais relevante, é uma proteína capaz de se ligar aos átomos de ferro com alta afinidade e com características semelhantes à transferrina, denominada de mobilferrina, que é homóloga a calreticulina, podendo se unir ao ferro e outros cátions, como cálcio, cobre e zinco.

O ferro unido a esta proteína é transportado ao pólo basal do enterócito para ser posteriormente cedido à transferrina.

A mobilferrina tem uma ação importante, na modulação e regulação da absorção de ferro e, portanto desempenha papel primordial nas primeiras ações da homeostase do metabolismo deste metal (CONRAD et al, 1993a).

O ferro não transferido para a transferrina, se integra ao enterócito e é armazenado como ferritina. Uma parte desse ferro também é perdido pelas fezes, quando o enterócito morre e é, conseqüentemente, descamado (BOCCIO et al, 2003; LIEU et al; 2001).

Tem-se observado que indivíduos com deficiência de ferro possuem menor concentração de RNAm para ferritina. Por outro lado observam-se valores elevados para aqueles indivíduos com sobrecarga deste metal. Desta forma, a ferritina

Introdução

intraenterocítica, tem uma função importante na regulação primária da absorção de ferro (BOCCIO et al, 2003; PIETRANGELO et al, 1995; WHITTAKER et al, 1989).

c) Transferência para o plasma

O ferro que se encontra no interior do enterócito, que não é depositado como ferritina, é transferido pela transferrina e distribuído para os diferentes órgãos e tecidos. O processo de transferência inicia-se no pólo do enterócito, que se liga a transferrina. O ferro, então, é oxidado para a forma férrica.

Neste processo oxidativo, uma enzima dependente de cobre está envolvida, a ferroxidase I. De acordo com alguns autores, a ceruloplasmina tem um papel participativo neste processo, mesmo considerando algumas contradições neste ponto (RICHARDSON, 1999; BAKKER, BOYER, 1986).

1.1.3 Captação de ferro pela transferrina

A captação de ferro pela transferrina envolve primeiramente a ligação da transferrina a receptores de transferrina, os quais são receptores de superfície, que têm o papel chave de mediar a ligação – transferrina na captação de ferro.

Entretanto, os receptores de transferrina não interagem diretamente com o ferro, eles controlam a captação e armazenagem de ferro para várias células do organismo.

Há pelo menos dois tipos de receptores de transferrina, cada um tem a sua própria distinção na célula e tecido, além de um específico padrão de expressão.

Transferrina receptor-1 é uma glicoproteína de membrana celular, que está expressa

Introdução

em todas células, exceto nos eritrócitos maduros. Transferrina receptor-2 é uma transferrina homóloga ao receptor-1, é especificamente expressa no fígado, particularmente nos hepatócitos. Subseqüentemente, as ligações complexas de ferro-transferrina e transferrina-receptor são internalizadas via caminho clássico por endocitose (LIEU et al, 2001; MORGAN; 1996), Figura 4.

O complexo transferrina-receptor é internalizado em uma vesícula endocítica (clatrina); como sofre a entrada do íon H⁺, o ferro dissocia-se da transferrina em um meio mais ácido. O ferro dissociado é transportado através da membrana da vesícula para o citoplasma, possivelmente por um mecanismo de transporte ativo secundário, que utiliza o gradiente de concentração do íon H⁺ proporcionado pela atividade da bomba H⁺ - ATPase. Este transportador poderia tanto ser o Nramp-2 (natural resistance-associated macrophage protein 2) como o SFT (stimulator for iron transport) (CONRAD, UMBREIT, MOORE, 1999). O ferro liberado pela vesícula endossomal pode ser parcial ou totalmente associado à via da mobilferrina para distribuição para as organelas celulares de forma que iniba a formação de radicais livres (CONRAD, UMBREIT, MOORE, 1999).

A apotransferrina permanece ligada ao seu receptor até o endossoma ser reciclado para a superfície da célula, onde é liberada com o retorno ao pH fisiológico (Figura 4) (BAYNES, 1996; COOK; SKIKNE; BAYNES, 1993). Apenas 2/3 dos receptores são seqüestrados nas vesículas citoplasmáticas, enquanto que 1/3 fica na superfície (BRIDGES e SELIGMAN, 1995).

Quando há diminuição de transferrina, o ferro da transferrrina entra na célula não intestinal somente pela via clássica descrita. Na presença de um aumento da concentração de transferrina diférrica, o ferro entra na célula também pela via TRIP (transferrin receptor independent pathway), que corresponde a um mecanismo

Introdução

secundário da entrada do ferro na célula não-intestinal proposta por CONRAD, UMBRETI, MOORE (1999).

A afinidade do receptor para seus ligantes varia com o pH fisiológico em proporção direta ao conteúdo de ferro da transferrina, sendo pequeno para apotransferrina, moderado para transferrina monoférrica e máxima para transferrina diférrica (BRIDGES e SELIGMAN, 1995).

Figura 4-O ciclo da transferrina. O ferro carregado pela transferrina (Fe2Tf) liga-se a receptores de transferrina (TfR) na superfície de precursores do eritróide. Estes complexos localizam-se na “clatrin – coated pits”, os quais são invaginados na forma especializada de endossomos. A bomba de próton diminui o pH dentro do endossomo, levando mudanças conformacional importantes nas proteínas que resultam na liberação de ferro para a transferrina. O ferro transportar DMT₁; move o ferro através da membrana endossomal, para entrar no citoplasma. A transferrina (Apo-Tf) e receptor transferrina são reciclados para a superfície da célula, onde cada um pode ser utilizado para ciclos de ligação e captação de ferro. Nas células eritróide, mais ferro move-se para a mitocôndria; onde é incorporado a protoporfirina para formação do heme. Nas células não eritróide, o ferro é armazenado como ferritina e hemossiderina. (Figura adaptada de ANDREWS, N.C. Disorders of iron metabolism. New England J Medicine v.341, p.1986-95, 1999).

Assim, a regulação das sínteses de ferritina e do receptor de transferrina é mediada pela interação do elemento responsivo ao ferro (IRE) com proteínas ligantes ao RNA citosólico chamadas de proteínas regulatórias do ferro (IRP). Os

Introdução

IREs são encontrados nas regiões da extremidade 5’ do RNAm da ferritina, ácido aminolevulínico sintetase eritróide (ALAS), aconitase mitocondrial e na porção 3’ do RNAm do receptor de transferrina. As IRPs (IRP1 e IRP2) ligam-se ao IRE com muita afinidade. Quando as IRPs ligam-se ao IRE da extremidade 5’ do RNAm, responsável pela síntese de receptor de ferritina, a tradução é inibida. As IRPs

também ligam-se a extremidade 3’ do RNAm, que codifica a síntese de receptor de transferrina. Assim, o sítio da endonuclease não é exposto nem clivado, prolongando a meia-vida destes (Figura 5). Portanto, na deficiência de ferro, onde há uma diminuição dos níveis de ferro corpóreo, haverá um aumento da expressão de receptores de transferrina e uma diminuição da síntese de ferritina (HAILE, 1999).

Figura 5 Regulação da biossíntese de ferritina e expressão de receptores de transferrina pelas IRPs. (Figura adaptada de PONKA, P.; BEAUMONT, C.; RICHARDSON, D.R.

Function and regulation of transferrin and ferritin. Seminars in Hematology, v.35, p.35-54, 1998).

Introdução

Na deficiência de ferro, a ligação das proteínas regulatórias de ferro para os elementos responsivos de ferro 5’ na região de não translação de ferritina RNAm, bloqueia a translação da ferritina (LIEU, T.P. et al, 2001; ANDREWS, 1999). Logo, as ligações das proteínas regulatórias de ferro para os elementos responsivos de ferro 3’ na região de não translação da transferrina-receptor-1 RNAm, resulta no aumento da estabilidade da transferrina-receptor-1 RNAm, e, portanto, há um aumento da expressão de transferrina-receptor-1 RNAm para as células da superfície (LIEU et al, 2001; ANDREWS, 1999) (Figura 6).

Em contraste, alta concentração de ferro intracelular, inibe a ligação da proteína regulatória de ferro para os elementos responsivos de ferro, resultando em translação eficiente de ferritina e a diminuição na estabilidade da transferrina receptor-1 RNAm (LIEU et al, 2001; ANDREWS, 1999) (Figura 6).

Sendo assim, a ligação das proteínas regulatórias de ferro com elementos responsivos de ferro, tem efeitos opostos na expressão ferritina e transferrina receptor-1. Concebivelmente, a expressão Nramp2, e outros elementos responsivos contendo genes são regulados de maneira similar. O controle da regulação deste processo é necessário para manter o balanço entre a captação de ferro, transporte, armazenagem e utilização em resposta as necessidades celular e metabólica (LIEU et al, 2001; ANDREWS; 1999; CAZOLLA, SAEYRS, HUEBERS, 1985; HUEBERS e FINCH, 1984).

Introdução

Figura 6- Regulação pós-transcricional de elementos responsivo de ferro contendo expressão de gene. (Figura adaptada de LIEU, P.T. et al. The roles of iron in health and disease. Molecular Aspect Medicine v.22, p.1-87; 2001).