Przeczytaj
W organizmie ludzkim żelazo występuje tylko w postaci jonowej lub związanej z innymi cząsteczkami, ale nie występuje formie atomowej – mimo że często domyślnie używamy formy „żelazo”, myśląc o „jonach żelaza” w czasie opisywania wpływu tego pierwiastka na funkcjonowanie organizmu. Oglądając więc reklamę telewizyjną czy czytając informacje o składzie leku, czy nawet analizując treść tej lekcji, pamiętaj, że w istocie żelazo wprowadzane do organizmu ma formę zjonizowaną, a nie atomową.
Rola związków żelaza w organizmie
Być może nawet nie zdajesz sobie sprawy, jak ważną funkcję w naszym organizmie spełniają związki żelaza – są składnikiem hemoglobiny, która transportuje tlen. Są niezbędne do prawidłowego wzrostu i regeneracji tkanek, stymulują odporność, wspomagają walkę z wolnymi rodnikami, biorą udział w syntezie ATP – adenozyno––trifosforanu, który jest głównym nośnikiem energii w komórkach. Związki żelaza mają wpływ na tworzenie hormonów, enzymów, kofaktorów i limfokin oraz uczestniczą w fagocytozie.
Składnik enzymów oddechowych
Jony żelaza są składnikiem takich enzymów oddechowych, jak cytochromów, peroksydaz czy katalaz. Pierwsze z nich uczestniczą w transporcie elektronów, np. w łańcuchu oddechowym. Drugie z wymienionych mają swój udział w utlenianiu różnych substratów. Z kolei ostatnie, katalazy, jak sama nazwa wskazuje, katalizują proces rozkładu nadtlenku wodoru do wody i tlenu.
Transport tlenu
Jony żelaza() są składnikiem hemu – będącego częścią czerwonego barwnika krwi – hemoglobiny, której zasadniczą funkcją jest transportowanie tlenu – przyłączanie go w płucach i uwalnianie w tkankach. Hem wchodzi także w skład mioglobiny, czyli białka odpowiedzialnego za magazynowanie tlenu w mięśniach.
W poniższej galerii znajdziesz strukturę cząsteczki hemu, mechanizm reakcji katalizowanej przez anhydrazę węglanową oraz budowę cząsteczki hemoglobiny i mioglobiny.
Synteza związków wysokoenergetycznych ATP
Żelazo bierze udział w syntezie ATP – adenozyno--trifosforanu, który jest głównym nośnikiem energii w komórkach. Co ciekawe, dorosły człowiek w ciągu doby syntetyzuje i zużywa około ATP.
Udział w reakcjach jodowania tyrozyny
Hormony tarczycy są jodowanymi pochodnymi tyrozynytyrozyny. Jodowanie tego związku katalizowane jest za pomocą wspomnianych wcześniej peroksydaz, których składnikiem jest właśnie żelazo.
Udział w tworzeniu składników krwi
Żelazo bierze udział w syntezie leukocytów – białych krwinek, które chronią organizm przed wirusami i bakteriami, oraz w syntezie erytrocytów, przenoszących tlen z płuc do pozostałych tkanek organizmu.
Aby poznać skład osocza oraz budowę erytrocytu, przejrzyj poniższą galerię.
Udział w syntezie neurotransmiterów
Żelazo bierze udział w syntezie neuroprzekaźników z aminokwasów. Neuroprzekaźniki są związkami, które przenoszą sygnały pomiędzy komórkami nerwowymi. Najbardziej rozpowszechnionymi neuroprzekaźnikami są glutaminian, GABA, acetylocholina, noradrenalina, dopamina i serotonina.
Warto również na koniec dodać, że omawiany pierwiastek wpływa na wytrzymałość i aktywność fizyczną oraz czynności detoksykacyjne.
Na razie jednak zostały poruszone pozytywne aspekty związków żelaza w naszym organizmie. Istnieją także negatywne strony, jeśli będzie go za dużo lub za mało.
Wpływ niedoboru żelaza
Do najczęstszych niedoborów pokarmowych, z którymi stykamy się na całym świecie, należy niedostateczna ilość związków żelaza. Jego najważniejszym, choć nie jedynym, następstwem jest niedokrwistość, czyli anemia. Mówimy o niej wtedy, gdy ilość ferrytyny (białka zawierającego zapasy żelaza) spadnie poniżej normy, czyli poniżej przedziału - (norma dla mężczyzn: -, dla kobiet: -). Choroba może ujawnić się w każdym wieku. Najczęściej dotyka to kobiet ze względu na comiesięczne menstruacje.
Innymi objawami niedoboru są głód tlenowy, wywołany obniżeniem stężenia hemoglobiny, a także zaburzenia innych układów od niej zależnych. Wspomniany głód tlenowy wynika głównie z niedotlenienia mięśnia serca (co przejawia się zaburzeniami rytmu serca) oraz mózgu (tu wyraźnymi symptomami są osłabienie, senność, apatia). Nie rzadko taka sytuacja wpływa na zmniejszenie odporności (częste infekcje dróg oddechowych) oraz zaburzenia skóry i błon śluzowych.
Zostało już powiedziane, że na niedobór związków żelaza mogą narzekać miesiączkujące kobiety i jakie to ma skutki. Ale to nie wszystko. Niewystarczająca ilość tego pierwiastka w okresie ciąży może prowadzić do przedwczesnego porodu, a nawet do poronienia!
Wypada także wspomnieć, że efektem niedoboru związków żelaza jest zwiększenie podatności na zakażenia i problemy z odpornością – o wiele łatwiej jest nam wtedy zachorować, ponieważ organizm ma mniejszą zdolność do obrony przed różnego rodzaju wirusami. Zaburza także funkcje układu nerwowego (produkcja osłonek mielinowych, przemiany i funkcje serotoniny i GABA) oraz obniża zdolność ustroju do utrzymania właściwej temperatury ciała.
Wpływ nadmiaru żelaza
Czy myślisz, że niedobór związków żelaza to jedyny problem? Otóż nie – jego nadmiar zdarza się o wiele rzadziej, ale może być równie niebezpieczny, jak chociażby wynikająca z niedoboru związków żelaza niedokrwistość. Zbyt wysoki poziom tego pierwiastka w organizmie często jest rezultatem choroby metabolicznej – hemochromatozyhemochromatozy, która polega na za dużym wchłanianiu żelaza z przewodu pokarmowego. To również może być wynikiem diety skoncentrowanej głównie na czerwonym mięsie i innych produktach bogatych w związki żelaza. Jeszcze innym skutkiem może być zatrucie organizmu, kiedy pokłady żelaza kumulują się w wątrobie i trzustce. Takie żelazo, niezwiązane w hemoglobiną, przyspiesza niebezpieczne dla zdrowia procesy oksydacyjne.
Objawy zatrucia u dorosłych zdrowych osób są jedynie incydentalne. U dzieci natomiast, w związku z możliwością nadmiernego wchłaniania związków żelaza i odkładania się w narządach, śmiertelną dawką mogą być już . Należy jednak pamiętać, że przedawkowanie żelaza u osób dorosłych powoduje wzrost ryzyka zachorowania na choroby serca oraz choroby nowotworowe – w szczególności raka odbytnicy.
Związki kluczowe w gospodarce żelaza i ich funkcje
Słownik
nukleotyd adeninowy zbudowany z adenozyny z przyłączoną wiązaniem estrowym w pozycji grupą trifosforanową; odgrywa ważną rolę w biologii komórki jako wielofunkcyjny koenzym i molekularna jednostka w wewnątrzkomórkowym transporcie energii; stanowi nośnik energii chemicznej, używanej w metabolizmie komórki; powstaje jako magazyn energii w procesach fotosyntezy i oddychania komórkowego; zużywają go liczne enzymy, a zgromadzona w nim energia służy do przeprowadzania różnorodnych procesów, jak biosyntezy, ruchu i podziału komórki; tworzy się z adenozyno--difosforanu, a przekazując swą energię dalej, powraca do formy ADP lub adenozyno--monofosforanu (AMP); cykl ten zachodzi bezustannie w organizmach żywych; człowiek dorosły w ciągu doby syntetyzuje i zużywa około adenozynotrifosforanu (ATP)
(gr. tyros – „ser”) aminokwas; spełnia ważne biologiczne zadania jako wewnątrzkomórkowy przekaźnik – może być fosforylowana przez kinazy białkowe, a także jest prekursorem ważnych hormonów i biologicznie czynnych substancji
umowna nazwa grupy cytokin wytwarzanych przez limfocyty; peptydowe substancje hormonopodobne, o masie cząsteczkowej od do , które przenoszą informacje między komórkami przekazywane przez swoiste receptory; są regulatorami wzrostu i metabolizmu, procesów regeneracji i eliminacji poszczególnych komórek i tkanek, a także przebiegu stanów zapalnych i odpowiedzi immunologicznej; do limfokin należą m.in. interferon oraz liczne interleukiny
aminokwas; pełni funkcję głównego neuroprzekaźnika o działaniu hamującym; odkryto trzy receptory GABA (podtypu A, B i C); receptory GABA typu A obecne są niemal na każdej komórce nerwowej, są miejscem działania wielu związków (agonistów receptora GABA)
genetycznie uwarunkowana choroba metabolizmu żelaza, w której dochodzi do nadmiernego wchłaniania tego pierwiastka z pożywienia i nadmiernego gromadzenia w tkankach, co prowadzi do objawów chorobowych
cząsteczka hemoglobiny jest tetramerem złożonym z dwóch par białkowych podjednostek; podjednostki oznaczone są najczęściej literami greckiego alfabetu (np. , , , ) i nie są związane kowalencyjnie; każda podjednostka zawiera jako grupę prostetyczną (niebiałkową) cząsteczkę hemu; cząsteczka hemu zawiera położony centralnie jonem żelaza (), umożliwiający jej wiązanie cząsteczek tlenu (); jedna cząsteczka hemoglobiny może przyłączyć od jednej do czterech cząsteczek tlenu, co powoduje, że hemoglobina może występować albo w stanie „odtlenowanym” (), albo w różnym stopniu „utlenowania” (); hem nadaje białku (i krwi) czerwony kolor; w przypadku mioglobiny to jedna cząsteczka mioglobiny przenosi jedną cząsteczkę tlenu
reaktywne indywidua chemiczne zawierające w swoim składzie atomy tlenu z niesparowanym elektronem (rodniki) lub wiązania i zdolne do uczestniczenia w reakcjach chemicznych, które odgrywają znaczącą rolę w metabolizmie i starzeniu się organizmów żywych, np. anionorodnik ponadtlenkowy , rodnik wodoronadtlenkowy , rodnik hydroksylowy , rodnik alkoksylowy
Bibliografia
Hames B. D., Hooper N. M., „Biochemia Krótkie wykłady”, Warszawa 2007.
Traczyk W. Z., Trzebski A., „Fizjologia człowieka z elementami fizjologii stosowanej i klinicznej”, Warszawa 2015.
Bańkowski E., „Biochemia. Podręcznik dla studentów uczelni medycznych”, Wyd. II. Elsevier, 2009, s. 406.
Sheftel A. D., Mason A. B., Ponka P., „The long history of iron in the Universe and in health and disease”, Biochim Biophys Acta 2012; 1820: 161‑187.
Interna Szczeklika. Podręcznik chorób wewnętrznych, Kraków: Medycyna Praktyczna, 2012.
Bielański A., „Podstawy chemii nieorganicznej”, Warszawa 1987.
Litwin M., Styka‑Wlazło S., Szymońska J., „Chemia ogólna i nieorganiczna”, Warszawa 2013.
Pazdro K. M., „Chemia podręcznik do kształcenia rozszerzonego w liceach”, Warszawa 2013.