The binding of apotransferrin to the transferrin receptor on the surface of human leukemic K562 cells was found to be significantly less tight than that of the holoprotein, diferric transferrin. The finding that both ligands displayed linear Scatchard plots with similar receptor number (approximately equal to 150,000 per cell) and mutually inhibit each other's binding suggested that they bind to the same receptor. Both the dissociation and association rate of apotransferrin were markedly increased (28-fold and 15-fold, respectively) at pH 7.2 compared to pH 4.8. Using the values of these binding parameters, we propose a mechanism to account for the recycling of transferrin subsequent to internalization and residence within an acidic nonlysosomal organelle where iron is removed.

Human diferric transferrin binds to the surface of K562 cells, a human leukemic cell h e .There are about 1.6 x lo6 binding sites per cell surface, exhibiting a KO of about lo-' M. Upon warming cells to 37 O C there is a rapid increase in uptake to a steady state level of twice that obtained at 0 "C.This is accounted for by internalization of the ligand as shown by the development of resistance to either acid wash or protease treatment of the ligand-cell association.After a minimum residency time of 4-5 min, undegraded transferrin is released from the cell.Internalization is rapid but is dependent upon cell surface occupancy; at occupancies of 20% or greater the rate coefficient is maximal at about 0.1-0.2min-l.In the absence of externally added ligand only 60% of the internalized transferrin completes the cycle and is released to the medium with a rate coefficient of 0.05 min-'.The remaining transferrin can be released from the cell only by the addition of ligand, suggesting a tight coupling between cell surface binding, internalization, and release of internalized ligand.There is a loss of cell surface-binding capacity that accompanies transferrin internalization.At low ( ~5 0 % ) occupancy this loss is monotonic with the extent of internalization.Even at saturating levels of transferrin, the loss of surface receptors upon internalization never exceeds 60-70% of the initial binding capacity.This suggests that receptors enter the cell with ligand but are replaced so as to maintain a constant, albeit reduced, receptor number on the cell surface.In the absence of ligand, the cell surface receptor number returns at 37 "C.Neither sodium azide nor m C 1 blocks internalization of ligand.However, they both prevent the release of transferrin from the cell thus halting the transferrin cycle.Excess ligand can overcome the block due to m C 1 but not azide although the cycle is markedly slower.Iron is delivered to these cells by transferrin at 37 "C with a rate coefficient of 0.15 to 0.2 min-'.The iron is released from the transferrin and the majority is found in intracellular ferritin.There is a large internal receptor pool comprising 70 to 80% of the total cell receptors and this may be involved in maintaining the steady state iron uptake.The mechanism by which iron is taken up by cells is still unclear.The delivery of iron to cells is mediated primarily, if not uniquely, by transferrin, a serum glycoprotein capable of

At physiological temperature, the Fe-carrier transferrin is taken up by K562 human erythroleukemia cells through receptor-mediated endocytosis. Both ligand (now minus Fe) and receptor recycle back to the cell surface where the receptor is rapidly reutilized. After endocytosis, transferrin becomes transiently lodged within an acidic compartment inside the cell, as judged by the changed spectral characteristics and quantum yield of fluorescein isothiocyanate-labeled transferrin that is cell-associated at 37 degrees C. Upon binding to transferrin, anti-fluorescein antibody strongly quenches the emission of the fluorescein-labeled residues on the protein and is used to assess whether the transferrin is at the cell surface (incubation at 0 degrees C) or mainly internalized into the cell (incubation at 37 degrees C). Using Percoll gradient fractionation of postnuclear supernatants, we show that the acidic compartment is not the lysosomal compartment.