2010年江蘇生物高考卷第34題以鐵蛋白合成的調(diào)節(jié)為背景考查了轉(zhuǎn)錄和翻譯過程，這道題的出現(xiàn)引起了廣大教師和學(xué)生對鐵蛋白的興趣。而高中階段的生物并未涉及鐵蛋白的知識，下面對鐵蛋白的相關(guān)知識作一個簡單的介紹。

1 鐵蛋白的分布

鐵蛋白可溶于水、胞漿和血漿，在細(xì)胞內(nèi)液和外液中均較穩(wěn)定。鐵蛋白在脾臟、肝臟、骨髓中含量最高，在其他組織、血清、血細(xì)胞中含量相對較少，雙殼類動物(如合浦珠母貝)的外套膜、消化腺和肌肉中的含量比較高。細(xì)胞內(nèi)的鐵蛋白主要是存在于細(xì)胞質(zhì)中，脊椎動物的線粒體和細(xì)胞核也含有少量鐵蛋白。昆蟲還能向外分泌鐵蛋白。

2 鐵蛋白的結(jié)構(gòu)

不同來源(如人、馬、牛蛙和細(xì)菌等)的鐵蛋白在一級結(jié)構(gòu)上差異很大(氨基酸序列相似性有時只達(dá)到14％)，但都有相同的結(jié)構(gòu)體系，都是由24個亞基以高度對稱性方式組成的內(nèi)空腔的蛋白殼，空心直徑約為8 nm，外徑12-13 nm，分子量為500 kDa，空腔中可積累多達(dá)4 500個鐵原子。

不同生物鐵蛋白的24個亞基相差也較大，在脊椎動物中，這24個亞基分為兩種：H亞基(氧化酶活性位點(diǎn))和L亞基(氧化酶非活性位點(diǎn))。H亞基含有一個氧化Fe²⁺的氧化中心，L亞基負(fù)責(zé)鐵蛋白“空腔”的形成，它們在貯存鐵和調(diào)節(jié)鐵分布中起重要作用。在哺乳動物中，不同鐵蛋白(H24L0、H22L2、HOL24)的H亞基和L亞基的比例不同，鐵蛋白對金屬的親和力依賴于蛋白殼中這兩個亞基的組成比例，這個比例在不同發(fā)育時期、不同組織、不同細(xì)胞是不同的，這就滿足了各種細(xì)胞對鐵的不同的需求。在牛蛙、鮭魚、伯氏肩孔南極魚和紐氏肩孔南極魚等魚的鐵蛋白中還有第三種亞基——M亞基，牛蛙中重組M-鐵蛋白比重組H－鐵蛋白有更高的亞鐵氧化酶活性，在伯氏肩孔南極魚和紐氏肩孔南極魚中只有H和M亞基，且亞基的組成具有組織特異性，脾臟中為M-均聚物，肝臟中為H／M雜聚物。昆蟲分泌的鐵蛋白的24個亞基共有4種，分子量分別為24 kDa、26 kDa、28 kDa、30 kDa。24kDa和26kDa亞基有相同的基因編碼并且具有亞鐵氧化酶活性，28 kDa亞基沒有亞鐵氧化酶活性位點(diǎn)且由不同的基因編碼，30kDa亞基的序列還不清楚。

3 鐵蛋白的功能

3.1 儲存鐵離子

鐵蛋白可儲存細(xì)胞中多余的鐵，當(dāng)外源可利用的鐵不足時，鐵蛋白可釋放鐵被細(xì)胞利用。鐵蛋白儲存鐵分為4個步驟：Fe²⁺的進(jìn)入及氧化、Fe³⁺的遷移、鐵核形成以及鐵核的增大，鐵的氧化發(fā)生在蛋白殼中，將Fe²⁺綁定在亞鐵氧化酶中心，F(xiàn)e²⁺和氧反應(yīng)生成了Fe³⁺，F(xiàn)e³⁺移向空腔表面，繼而成核，礦化形成鐵核。當(dāng)細(xì)胞缺鐵時，鐵蛋白中的Fe³⁺被還原為Fe²⁺，F(xiàn)e²⁺與運(yùn)鐵蛋白結(jié)合，被氧化為Fe³⁺再運(yùn)至需要代謝的場所，其過程可用圖1表示。

過量鐵有“毒”的原因是：過量的二價鐵與過氧化氫反應(yīng)產(chǎn)生活性自由基(Fe³⁺+H₂O₂→Fe³⁺OH^-+HO)，引起蛋白質(zhì)、脂肪、DNA的氧化，從而引起細(xì)胞損傷甚至死亡。而鐵蛋白可以在有氧條件下與二價鐵離子反應(yīng)，將鐵離子螯合在內(nèi)部的空心結(jié)構(gòu)中，抑制了鐵的氧化反應(yīng)，減少自由基的產(chǎn)生，從而保護(hù)細(xì)胞不受鐵過量引起的氧化損害。鐵過量導(dǎo)致了肝臟的損害，主要是因?yàn)檫^量鐵增加了細(xì)胞膜脂肪的氧化，而由此引起的保護(hù)效應(yīng)，即是細(xì)胞增加了鐵蛋白的合成，并以無毒的形式來沉積大量的鐵。

3.3 其他作用

鐵蛋白不僅是主要的鐵調(diào)節(jié)蛋白，而且在其他方面也有重要作用，可作為應(yīng)激反應(yīng)時的反應(yīng)蛋白，對粒細(xì)胞和巨噬細(xì)胞產(chǎn)生過程起到調(diào)節(jié)作用，對骨髓起源細(xì)胞有抑制作用，具有抑制造血系統(tǒng)細(xì)胞增生和淋巴細(xì)胞增殖的作用。

4 鐵蛋白合成的調(diào)控

4.1 翻譯水平的調(diào)節(jié)

鐵調(diào)控蛋白(IRP)和鐵反應(yīng)元件(IRE)相互作用的鐵依賴性調(diào)節(jié)體制是調(diào)節(jié)鐵蛋白表達(dá)的典型體系。鐵反應(yīng)元件是位于鐵蛋白5’非翻譯區(qū)的一個特定序列，它與鐵調(diào)節(jié)蛋白有很高的親和力，IRE／IRP復(fù)合物的形成阻止了核糖體的組裝和翻譯，IRE與IRP的結(jié)合受細(xì)胞中游離鐵濃度的調(diào)節(jié)，當(dāng)細(xì)胞內(nèi)鐵離子濃度較低時，IRP／IRE阻止了核糖體組裝，從而抑制了鐵蛋白的翻譯；當(dāng)鐵離子濃度升高時，IRP／IRE減少，從而增強(qiáng)了鐵蛋白的翻譯，IRE／IRP體系同時調(diào)節(jié)H-亞基和L-亞基。

4.2 轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)節(jié)

鐵調(diào)節(jié)鐵蛋白的生物合成主要是在翻譯水平，但是也會在轉(zhuǎn)錄水平上調(diào)節(jié)鐵蛋白的表達(dá)。如給雄性大鼠喂食含過量鐵的飼料，其肝臟中的鐵蛋白H-亞基mRNA及其單體蛋白分別是正常組的8倍和2倍；在大鼠的腹腔中注射0.5 mL檸檬酸鐵銨溶液(10 mg／mL)后，肝臟中的L-鏈mRNA增加了2倍；對羅氏沼蝦進(jìn)行肌肉注射FeCl₃溶液，3 h后，肌肉中鐵蛋白mRNA增加了61倍，卵巢中鐵蛋白mRNA增加近4倍，24h后，心臟鐵蛋白mRNA增加了8倍，且48 h內(nèi)一直維持在較高水平。以上這些實(shí)例都說明了鐵也會在轉(zhuǎn)錄水平上調(diào)節(jié)鐵蛋白的表達(dá)，但具體調(diào)控機(jī)制仍在進(jìn)一步的研究中。

4.3 其他因素對鐵蛋白基因表達(dá)的調(diào)控

除了鐵離子對鐵蛋白的合成有調(diào)節(jié)作用之外，還有許多因素調(diào)節(jié)著鐵蛋白的合成，如氧化應(yīng)激、其他的金屬離子、細(xì)胞因子、NO等都影響鐵蛋白基因的表達(dá)。氧化應(yīng)激可直接調(diào)節(jié)鐵蛋白基因表達(dá)；Zn²⁺、Cd²⁺能調(diào)節(jié)鐵蛋白mRNA的合成；白細(xì)胞介素IL-1(急性反應(yīng)因子)會優(yōu)先調(diào)節(jié)H-亞基的合成，提高了H：L亞基的比例；NO通過作用于胞漿中的IRP，調(diào)節(jié)IRP與IRE的親和性實(shí)現(xiàn)鐵蛋白合成的調(diào)節(jié)，當(dāng)NO合成增加時，活化IRP，使之與IRE結(jié)合，降低鐵蛋白的合成，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)鐵濃度上升；氧化亞氮(NO⁺)會引起IRP2的降解，從而導(dǎo)致鐵蛋白合成增加。

5 鐵蛋白的臨床意義

男性鐵蛋白的正常值約為80～130 μg／L，女性鐵蛋白的正常值約為35～55 gg／L。當(dāng)機(jī)體內(nèi)環(huán)境出現(xiàn)紊亂或機(jī)體出現(xiàn)某些病變后，鐵蛋白的量會發(fā)生明顯的變化，醫(yī)學(xué)常用鐵蛋白的量變來診斷慢性失血、隱性缺鐵患者、肝損傷和肝腫瘤病人等。