Zelezo bolo prvým chemickým prvkom o ktorom sa zistilo, ze je prvkom
eseniálnym. Najpreskúmanejšou funkciou zeleza v organizme je jeho úcast
na dýchaní buniek, pretoze zelezo v hemoglobíne erytrocytov, slúzi na
penos kyslíka krvou z plúc do tkanív. U cloveka je hemoglobín jediným
prenášacom vzdušného kyslíka O[2] do mitochondrií buniek organizmu.
Jeden gram hemoglobínu viaze 3,34 mg a môze viazat a preniest 1,34 cm^3
O[2]. Hemoglobín je cervené krvné farbivo vyšších zivocíchov.
Skladá sa z hému (nebielkovinovej casti) a bielkoviny globínu (obr.)
Hém má vo vnútri porfyrínového kruhu centrálne viazaný zeleznatý
ión Fe^2+.
Obr. Hém
Molekula hemoglobínu obsahuje štyri porfyrínové kruhy s zeleznatými
iónmi Fe^2+. Koordinácia iónov zeleza je analogická ako pri
cytochrómoch, je tu však volné šieste koordinacné miesto zeleza,
potenciálne predurcené pre molekulu kyslíka. Pred koordináciou molakuly
kyslíka je ión zeleza v hemoglobíne vychýlený z roviny porfyrínového
kruhu smerom k bielkovinovému retazcu (» 80 pm). Po koordinácii molekuly
kyslíka zaujme ión zeleza miesto v rovine porfyrínového kruhu pri
súcasnej deformácii bielkovinového retazca. Uvedený mechanizmus
predstavuje príklad, ako jednoduché elektrónové zmeny (prechody z
vysokospinového stavu na nízkospinový stav zeleza) zabezpecujú jednu z
najdôlezitejších biologických funkcií – dýchanie.
Zatial, co v héme hemoglobínu a myoglobínu je oxidacné císlo atómu
zeleza stále, rýchlo sa mení v cytochrómoch: . Cytochrómy
zabezpecujú transport elektrónov, pri biochemických oxidáciách v
zivých organizmoch redukujú kyslík. Aktívne centrum cytochrómov je
hémová skupina, ktorá sa skladá z porfyrínového kruhu a atómu zeleza
s oxidacným císlom II alebo III. Piate a šieste koordinacné miesto
iónu zeleza obsadzuje atóm dusíka histidínového fragmentu peptidového
retazca a atóm síry metínového fragmentu. Atóm zeleza je teda
hexakoordinovaný a preto cytochrómy nemôzu viazat molekulu kyslíka.
Zásobné zelezo je viazané vo feritíne a hemosideríne. Hemosiderín sa
uplatňuje pri extrémne vysokom prísune zeleza do organizmu. Jedna
molekula feritínu môze viazat az 4500 atómov zeleza. Zelezo viazané vo
feritíne odstraňuje nebezpecenstvo tvorby nerozpustných solí zeleza a
znizuje jeho toxicitu. Na základe zisteného mnozstva feritínu v krvnej
plazme sa urcujú endogénne zásoby zeleza v organizme. Molekulu feritínu
tvorí hydratovaný hydroxid zelezitý Fe(OH)[3].n H[2]O obklopený
proteínovým obalom apoferitínu.
Z feritínu môze byt zelezo uvolnené interakciou s superoxidovým
aniónom (), ktorý za súcasnej redukcie zeleza
Uvolnené zeleznaté ióny Fe^2+ reagujú s peroxidom vodíka H[2]O[2] za
vzniku aktívneho hydroxylového radikálu a hydroxidového aniónu
Hydroxylový radikál je velmi aktívny, spôsobuje oxidáciu
lipoproteínov a tak zvyšuje ich aterogenitu. Hydroxylový radikál je
jedna z najreaktívnejších zlúcenín. Volné kyslíkové radikály
poškodzujú všetky typy biologických molekúl, vrátane nukleových
kyselín, lipidov, proteínov a sacharidov. Súcasné výskumy sledujú
funkcie volných radikálov v organizme, ako aj ich toxické úcinky.
Transportnou formou zeleza je transferín. Transferín sa nachádza v
krvnej plazme a viaze len 2 ióny zeleza na molekulu. Zabezpecuje prenos
zeleza zo sleziny na miesto jej spotreby. Na zeleze je závislý aj rast
buniek. Nádorové bunky produkujú proteíny schopné viazat zelezo, aby
si ho zabezpecili pre svoj rast v dostatocnom mnozstve.
Pri uvolňovaní zeleza z feritínu a naviazaní na transferín sa
uplatňuje ceruloplazmín (obsahuje med). Ceruloplazmín je schopný
oxidovat Fe^2+ ióny na Fe^3+ ióny. Zelezo sa do organizmu resorbuje a
vyuzíva ako zeleznatý ión Fe^2+, ale transportuje a ukladá sa v
organizme ako zelezitý ión Fe^3+. Další typ metaloproteínov
(nehémového typu) viaze zelezo na sulfhydrilové skupiny cysteínu,
prípadne za spoluúcasti sulfidových iónov. Táto tzv. labilná síra sa
uvolňuje po okyselení ako sulfán H[2]S. Podla štruktúry centra
obsahujúceho zelezo rozlišujeme FeS-proteíny, Fe[2]S[2]-proteíny a
Fe[4]S[4]-proteíny. Prvý typ metaloproteínu sa nazýva rubredoxín a
dalšie dva spolocným názvom feredoxíny. V prvom prípade tvoria štyri
ligandy iónu zeleza sulfhydrilové skupiny cysteínu:
V druhom, kombinácie dvoch sulfhydrilových skupín a dvoch S^2- iónov:
V prípade Fe[4]S[4]-proteínov tvorí prostetickú skupinu zhluk (cluster)
štyroch iónov zeleza a štyroch sulfidových iónov (obr). Skupina je
spojená s bielkovinou cysteínovými ligandami:
Obr. Feredoxín
Všetky FeS-proteíny sú prenášace elektrónov, ich funkcia spocíva vo
vratnej zmene oxidacného císla zeleza. Uplatňujú sa pri fotosyntéze, v
dýchacom retazci a tiez v niektorých oxygenázových systémoch. V
ludskom organizme neexistuje fyziologický systém, ktorý by ho zbavoval
zeleza. Biologický polcas zeleza je 10-20 rokov. Denné straty zeleza
(0,01-0,02 %) sú spôsobené odlupovaním crevného epitelu (0,3-0,6 mg),
potením (0,03 mg) a mocením (0,06-0,27 mg). Pri priemernej menštruacnej
strate 60 cm^3 krvi sa z organizmu vylúci 24 mg zeleza. Do organizmu sa
dostávajú ióny zeleza potravou. Ióny zeleza sa vstrebávajú prevazne v
duodene, len velmi malá cast v tenkom creve. V potrave sa zelezo nachádza
v dvoch formách (hémové a nehémové). V zivocíšnej potrave je to
hémové zelezo (Fe^2+) a v rastlinnej potrave nehémové zelezo (Fe^3+).
Zelezité ióny Fe^3+ sú tazšie vstrebatelné ako zeleznaté ióny Fe^2+.
Z hémového zeleza sa vstrebe 10-30 % mnozstva prijatého v trávenine a z
nehémového zeleza len 1-5 %, a navyše je vstrebávanie ovplyvnené
mnohými dalšími faktormi. Vstrebatelnost hémového zeleza je menej
ovplyvnená zlozením potravy (prítomnostou iných látok) ako
vstrebatelnost nehémového zeleza. Mäso jatocných zvierat, hydiny aj
rýb zvyšuje absorpciu hémového i nehémového zeleza dvoj- az
štvornásobne. Napríklad špenát má lepšiu vyuzitelnost zeleza pri
konzumácii so zemiakmi, mäsom, resp. vajcom. Pravdepodobne je to vplyvom
polypeptidov alebo aminokyselín. Absorpciu podporuje aj kyselina
askorbová. 1 mg kyseliny askorbovej má takmer rovnaký úcinok na
vstrebávanie iónov zeleza ako 1 g mäsa. Pomarancová štava (bohatá na
kyselinu askorbovú) zvýši absorpciu iónov zeleza z tráveniny az
dvojnásobne.^194, 199 Ak k bezmäsitému jedlu pridáme 100 mg vitamínu
C, zvýši sa vstrebatelnost na 377 %, pri mäsitom jedle (hamburger) sa
absorpcia zvýši len o 67 %. Absorpciu iónov zeleza zvyšujú aj kyseliny
citrónová a jablcná. Ak jedlo zapíjame cajom, znízi sa absorpcia
iónov zeleza az trikrát, pitím kávy o 40-60 %. Podobný úcinok má aj
mlieko (Ca). Mlieko znízi absorpciu iónov zeleza u dojciat asi o 75 % v
porovnaní so zelezom podávaným samostatne, bez mlieka. Materské aj
kravské mlieko má nízke koncentrácie iónov zeleza, ale rozdielny
biologický úcinok. Dojca z materského mlieka absorbuje 50 % prítomného
zeleza, kým z kravského len 10 %. Dojcené deti preto menej trpia na
anémiu, ako deti prikrmované materským mliekom (Sunar a pod.). Z
uvedených dôvodov sa zaviedla fortifikácia dojcenskej výzivy zelezom.
Kyselina fytová, štavelová, fosfáty, vláknina, vápnik, mangán i
zinok sú inhibítormi absorpcie iónov zeleza. Zlá biologická dostupnost
iónov zeleza z obilnín, celeozrnnej múky a strukovín je známa. Z
kukurice, ryze a ciernych fazúl sa absorbuje len 0,8-5,7 % iónov zeleza.
Pretoze vegetariánska strava obsahuje vela vlákniny, fytátov, tanínu a
sójového proteínu, nezabezpecuje potrebnú vstrebatelnost iónov zeleza.
Pridaním surového vajca k potrave znízime obsorpciu iónov zeleza, ale
pridaním vareného vajca sa zvýši vstrebané mnozstvo i napriek
znízenej absorpcii, pretoze varené vajce obsahuje svtrebatelné ióny
zeleza. Inhibítormi absorpcie iónov zeleza sú aj niektoré lieky, napr.
antacidy (Anacid, Gastrogel…), antibiotiká (tetracyklíny). Absorpciu
iónov zeleza ovplyvňuje aj celkové mnozstvo zeleza v organizme. Pri
nedostatku iónov zeleza absorpcia hémového zeleza sa zvýši na 46 % (26
% pri nedostatku) a nehémového zeleza na 22 % (2,5 % pri nedostku).
http://www.fpv.umb.sk/~melicher/chemprvky/Fe_efect.html
↧