Pada sebagian besar sel eukariotik, penyerapan besi terjadi terutama melalui TF- transferrin receptor (TFR)-mediated endocytic pathway. Peristiwa molekuler yang berkaitan dengan terikatnya besi pada transferin (TF) dan pelepasan apotransferin ke plasma untuk pemanfaatan kembali atau daur ulang, telah terbukti. Terdapat dua reseptor TF, yaitu TFR-1dan TFR-2. TFR-1, dengan afinitas tinggi mengikat besi yang terikat TF, adalah reseptor yang paling dominan terlibat dalam pengambilan besi pada sebagian besar sel, sedangkan TFR-2 yang diekspresikan terutama di hati dan mengikat kompleks TF-Fe (III) pada konsentrasi yang tinggi. Kematian embrio yang diamati pada tikus yang dihilangkan TFR-1 nya lebih lanjut memperkuat pentingnya peran TFR-1 pada pengambilan besi seluler (Hentze et al., 2004).
Untuk dapat ditransport ke sitoplasma atau mitokondria, besi feri harus direduksi ke bentuk fero oleh ensim ferireductase. Studi terbaru mengindikasikan bahwa STEAP (6- trans membrane epithelial antigen of prostate) protein 1 – 4 merupakan salah satu ferireductase yang relevan, dimana STEAP 3 memiliki fungsi yang khusus pada prekusor eritroid, dibantu barangkali oleh STEAP 2 dan STEAP4 (Ohgami et al., 2006).
Untuk mencapai sitoplasma, besi fero harus melewati membran vesikel. Pada banyak sel, transporter besi (fero) yang tergantung proton yaitu divalen metal transporter-1 (DMT-1) nampaknya esensial untuk transport besi dari vakuola ke sitoplasma dimana pada makrofag homolognya yaitu natural resistance-associated macrophage protein (NRAMP1) ikut berkontribusi (Soe-Lin et al., 2009). Karena sifat kimianya yang reaktif,
besi dikawal di dalam sitoplasma (gambar 8), sebagian poly(RC)-binding protein (PCBP) yang multifungsi (Shi et al., 2008). Secara khusus, PCBP1 memediasi pengantaran besi ke feritin dan kedua PCBP1 dan 2 terlibat dalam penghantaran besi ke prolyl dan asparaginyl hydorxylase (yang tergantung besi) yang memediasi reseptor oksigen.Tidak diketahui bagaimana besi ditransport ke mitokondria. Di sel eritroid, terdapat bukti adanya mekanisme “kiss and run” dimana besi dapat langsung ditransfer dari vesikel endosomal ke mitokondria (Sheftel et al., 2007) namun tidak jelas bagaimana mekanisme ini berkontribusi pada aliran besi ini ke dalam mitokondria dan apakah juga berfungsi di tipe sel non eritroid.
Gambar 8. Protein chaperone (antara lain PCBP 1 dan 2) di dalam sitoplasma yamg mengawal besi sehingga tidak merusak struktur
dalam sel (Caroline, available from www2.niddk.nih.gov)
Setelah Fe3+-TF mengikat reseptor pada membran sel, kompleks TF-TFR-1 yang terinternalisasi dalam clathrin-coated pits membentuk vesikula endocytic. Di dalam sel, kompleks ini diinternalisasi dalam endosome yang diasamkan H-ATPase vakuole (V-ATPase) sehingga pH luminal turun menjadi sekitar 5,5. Proses pengasaman ini menginduksi perubahan konformasi kompleks TF-TFR-1 dengan konsekuensi terjadi pelepasan besi. Penelitian pada model tikus kloning mutan nm1054, menunjukkan sintesis hemoglobin terganggu karena penurunan penyerapan besi, mengidentifikan bahwa STEAP3 sebagai endosomal ferrireductase yang bertanggung jawab untuk reduksi feri menjadi ion fero (Ohgami et al., 2005). Mutasi di STEAP3 memiliki implikasi terjadinya anemia mikrositik karena kerusakan dalam pengiriman besi di retikulosit (Obgami et al., 2005). Tetapi STEAP3 tidak diperlukan untuk pengambilan besi yang efisien pada sel jenis yang lain. Hal ini menunjukkan adanya keberadaan sisa ferireduktase lain untuk diidentifikasi. DMT1 endosomal mengangkut besi fero ke sitosol. Hal ini mengarahkan pada langkah penting berikutnya pada pengangkutan besi, yaitu daur ulang TF, untuk kembalimembawabesiuntukdiangkut. PadapHasamapotransferintetapterikat TFR1, dan kompleks ini didaur ulang ke permukaan sel. Pada permukaan sel dengan pH plasma yang
lebih netral, apotransferrin berdisosiasi dari TFR1 dan siap untuk mengambil pengiriman besi berikutnya. Patut pula dicatat bahwa terdapat beberapa sistem pengangkutan besi diluar TF yang memfasilitasi pengangkutan besi di jaringan lain (Quidt et al., 2006).
Protein yang berperan pada transpor besi intra seluler
1. DMT1(Divalent Metal- Ion Transporter 1)
Divalent Metal- Ion Transporter 1, DMT1 (gambar 9) yang juga dikenal sebagai divalen cation tranporter, (DCT1), natural resistence associated macrophage protein2 (NRAMP2) (Fleming et al., 1997) dan solute- linked carrier family 11 (proton- coupled) pengangkut ion logam divalen, anggota 2 (SLC11A2) mengangkut besi fero melintasi membran apikal epitel usus. Sebagai tambahan pada peran pentingnya dalam penyerapan besi non heme, DMT1 juga diperlukan untuk pengeluaran besi yang terikat transferin dari endosomal. Gangguan DMT1 pada tikus telah mengkonfirmasi perannya baik dalam penyerapan besi di usus dan dalam proses pematangan prekursor eritroid menjadi eritrosit matang (Gunshin et al., 2005). Fungsi ini didukung lebih jauh dengan bukti yang menunjukkan bahwa mutasi pada DMT1 pada tikus mk/mk (Fleming et al., 1997), tikus Belgrade dan manusia dapat menimbulkan anemia mikrositik. Setidaknya ada empat isoform DMT1 melalui penggantian sambungan di ekson 16 dan kehadiran dua bagian pembuka transkripsi mulai ekson 1A dan 1B berurutan. Sambungan pada ekson 16 menimbulkan dua varian yang berbeda pada 19-25 asam amino terminal dan 3‟ untranslated region (UTR) mereka; salah satu variannya mengandung unsur responsif besi (IRE = iron responsive element) di 3‟ UTR sedangkan lainnya tidak memiliki urutan ini. Isoform yang mengandung IRE 3‟ bisa dipengaruhi regulasi sistem IRE-IRP. Keempat isoform dapat dideteksi pada berbagai tingkat dalam sel epitel usus, dan sementara varian berisi ekson 1A/IRE diperkirakan merupakan soform fungsional yang dominan pada penyerapan besi diusus. Keempat isoform dapat mengangkut besi dengan efisiensi yang sama. Dalam endosom intraseluler, tampaknya ada diferensiasi lokasi isoform DMT1 yang berbeda. Varian yang mengandung IRE terlokalisasi pada bagian akhir endosom dan lisosom sedangkan isoform non-IRE berhubungan dengan reseptor transferin yang ada pada awal endosomes (Srai et.al, 2012).
Gambar 9. Protein yang terlibat dalam homeostasis besi yang terdiri dari protein transpor, protein untuk penyimpanan,
regulasi dan protein heme lainnya (Srai et al., 2012)
Dalam usus, ekspresi DMT1 meningkat ketika kadar besi tubuh kosong . Hal ini mungkin mencerminkan adanya IRE dalam 3 „UTR yang dapat mengikat IRP sitosol.
Sebagai tambahan selain perubahan jangka panjang dalam ekspresi, ada bukti yang baik bahwa kadar DMT1 memiliki respon lebih cepat terhadap perubahan dalam komposisi diet. Apa yang disebut hipotesis “blok mukosa” yang dirumuskan lebih dari 50 tahun yang lalu diketahui melalui studi dimana pemberian besi oral dosis besar bisa mengurangi penyerapan besi berikutnya. Dikatakan bahwa karena interval waktu yang singkat antar dosis, dosis awal harus bekerja langsung pada enterosit matur yang berasal dari sel kripta.
Kajian yang lebih mutakhir dengan tikus yang diberi besi bolus dan dalam model kultur sel, menunjukkan bahwa mekanisme utama untuk blok mukosa muncul dari redistribusi DMT1 antara membran plasma dan kompartemen intraseluler. Bukti menunjukkan bahwa DMT1 dibawa dari membran apikal sel epitel usus hingga akhir endosom/lisosom.
Mekanisme tersebut mungkin penting secara fisiologis untuk mengoptimalkan penyerapan besi dari makanan sehingga sesuai dengan kebutuhan metabolisme tubuh (Frazer et al., 2003).
Kontrol transkripsi gen pengangkut besi mungkin juga penting dalam mengatur homeostasis besi usus. Dalam konteks ini, dua penelitian terbaru telah mengidentifikasi peran hypoxia-inducible factors khususnya HIF2α-sebagai regulator lokal yang penting yang merespon penurunan kadar besi intraseluler dan tekanan oksigen rendah dengan up- regulating ekspresi DMT1dan reduktase besi DCYTB.