Železo a živé organismy

Železo je prvek, který provází historii člověka a je součástí všech živých organizmů. Je to čtvrtý nejrozšířenější prvek na zemi, hned po kyslíku, křemíku a hliníku. Jeho objev a využití lidskou populací značně ovlivnilo technický vývoj lidstva. V době železné byla cena železa srovnatelná s cenami zlata či jiného drahého kovu.

Výskyt železa v neživých systémech

Železo zaujímá přibližně 6% v horninách zemské kůry. Nejčastěji je to ve formě oxidů, případně to mohou být i uhličitany, sulfidy. Přestože je velká část historie železa a železné rudy spojena až z dobou železnou, první objevy „železných kuliček“ se datují přibližně na 6 tisíc let př.n.l.. Tato forma železa ovšem nepocházela z lidské činnosti, ale byla meteoritického původu.

Hlavními železnými rudami, které jsou pro svůj obsah také ve větší či menší míře těženy, patří hematit (Fe₂O₃), magnetit (Fe₃O₄) a limonit (2Fe₂O₃.3H₂O). Dalšími formami železa jsou například siderit (FeCO₃) a pyrit (FeS₂).

Živé systémy

Zemské horniny zahrnují ovšem jen jednu část výskytu železa na planetě. Tou druhou jsou živé systémy a lze říci, že železo je součástí prakticky všeho živého na planetě. Formy železa můžeme najít jak v rostlinné říši, tak v té živočišné. Bakterie, rostliny, živočichové i člověk potřebují více či méně železo pro své životní funkce. Rostliny přijímají železo kořenovým systémem z půdy ve formě železnatých či železitých iontů, případně chalátů železa. V rostlinných organizmech jsou atomy železa obsaženy ve formě cytochromů, nebo ferredoxinů. Železo je pro rostliny esenciální, je důležité pro respirační procesy, biosyntézu chlorofylu a elektronový transport. Dále se podílí na syntéze hemu a Fe-S bílkovin. Deficit železa může u rostlin ovlivňovat růst. Snížený obsah Fe ovlivňuje produkci ethylenu, což může zapříčinit buď půda chudá na železo, nebo alkalické půdy, kde se železo vyskytuje v nerozpustné formě, která je pro rostlinu zcela nevyužitelná. V takovém případě se buď půda vyživuje jednoduchými sloučeninami železa, nebo v případě alkalické zeminy se aplikují komplexní sloučeniny železa, které jsou odolné vůči vysrážení prvku v nerozpustné formě.

Význam železa pro rostliny je posuzován nejen pro suchozemské formy, ale byl studován i u mořských řas. V roce 2012 byla publikována studie zabývající se významem železa pro hnědou řasu Ectocarpus siliculosus. Po expozici řasy železu byly identifikovány dvě formy – FeS klastr a polymerní systém trojmocného železa a kyslíku.

Živočichové

Bílkoviny s obsahem železa se v živých systémech podílí nejen na transportu elektronů ale také na transportu a uskladnění kyslíku u živočichů a člověka, případně na transportu a uskladnění samotného železa. Bílkoviny obsahující železo se dělí na dvě skupiny – na hemové a nehemové. Z těch hemových je to hemoglobin (přenos kyslíku), myoglobin (uskladnění kyslíku) a cytochromy, které se účastní přenosu elektronů jak v živočišných tak v rostlinných a bakteriálních systémech. Nehemové bílkoviny transferin a ferritin jsou odpovědné za zachycení a uskladnění železa v živočišných organizmech.

Pro lidský organizmus je železo esenciálním prvkem. Až 70% jeho obsahu v těle je vázáno v hemoglobinu. Další je pak vázáno formou zásobních bílkovin. Přibližná denní spotřeba pro dospělého člověka je asi 10 mg u mužů a 18 mg u žen. Tyto dávky nemusí být každodenní součástí potravy, protože (jak zdokumentoval český lékař V.Laufberger) lidské tělo si přebytečné železo ukládá buď formou ferritinu, případně hemosiderinu (bílkovina generovaná z ferritinu).

Železo se v lidském těle vstřebává ve dvanácterníku a je přenášeno ve formě transferinu do kostní dřeně. Poté se stává součástí zásobní bílkoviny ferritinu. Každý atom železa, před tím než je včleněn do molekuly hemoglobinu, projde fází zásobní bílkoviny ferritinu.

Nedostatek železa může vést k anémii (chudokrevnosti) přesněji sideropenické anémii (z nedostatku železa). Na hospodaření organizmu se železem má vliv pohlaví - u žen jsou hlavními faktory menstruace, těhotenství, porody – a pak také věk, kdy u starších pacientů potrava ztrácí na pestrosti. Z hlediska příjmu se železo obsažené v živočišné potravě vstřebává až 3x rychleji než z rostlinné potravy.

Dalším faktorem, který ovlivňuje metabolizmus železa v lidském organizmu, je zdravotní stav člověka. Převážně se jedná o infekční a nádorová onemocnění, které zasahují do hospodaření se železem. Anemie značnou měrou ovlivňuje a také komplikuje protinádorovou léčbu, snižuje délku přežití pacienta. Nádorové buňky zasahují do metabolizmu železa, do jeho transportu a ukládání. Z velké většiny jsou to cytokininy produkované nádorovými buňkami a imunitním systémem, které inhibují krvetvorbu, stimulují tvorbu ferritinu a hepcidinu (regulace příjmu a výdeje železa buňkou). Výsledkem je hromadění železa v buňkách a jeho pokles v séru. Také dochází k inhibici vychytávání železa z potravy.

Nestandardní změny byly pozorovány i u pacientů s roztroušenou sklerózou, kde docházelo k abnormálnímu hromadění železa v centrálním nervovém systému. Anemie nepostihuje jen člověka. Studie zabývající se některými savci (psi, kočky) ukazují, že anemie v důsledku nedostatku železa je multidruhovou záležitostí.

Doplnění železa a regulace jeho příjmu

Nejjednodušší formou přijmu železa je bezesporu pestrost potravy. Živočišné potraviny bohaté na železo v hemové formě, jako jsou maso, játra, ryby, drůbež či vejce jsou vhodným zdrojem železa pro lidský organizmus. Rostlinné zdroje mohou být komplikovány současným příjmem například tříslovin, kdy železo může tvořit těžko vstřebatelné komplexy. Také některé ionty obsažené v antacidech (Al, Mg, Ca), či některá antibiotika snižují vstřebávání železa organizmem. Pokud se člověk rozhodne pro doplňování železa jinou cestou, než změnou jídelníčku, mělo by to být určitě po konzultaci s lékařem či lékárníkem.

Zamyšlení nakonec

Ukazuje se, že železo je důležitým prvkem jak živé tak neživé přírody. Vědci věnují této tématice mnoho výzkumů a stále jsou objevovány nové souvislosti, které mohou být uplatňovány jak v agronomii, tak v živočišné výrobě, či v humánní medicíně.

Autor: RNDr. Lenka Grycová, Ph.D.

Líbil se Vám tento článek? Doporučte jej svým známým.

Použité zdroje:

Greenwood N.N., Earnshaw A.: Biochemie železa, Chemie prvků II.díl, 1993, Praha.

Basir K. et al:  The rice mitochondrial iron transporter is essential for plant growth, Nature communications, 2011.

Böttger L.H. et al: Atypical iron storage in marine brown algae: a multidisciplinary study of iron transport and storage in Ectocarpus siliculosus, Journal of Experimental Botany, 2012, 16, 5763.

Wu J.: Ethylene is involved in the regulation of iron homeostasis by regulating the expression of iron-acquisition-related genes in Oryza sativa, Journal of Experimental Botany, 2011, 2, 667.

Zajícová M.: Farmaceutická péče u pacientů se substitucí železa při anémii, Praktické lékárenství, 2012, 8, 225.

Klener P.: Anémie u nádorových onemocnění a jejich léčba, Remedia – Farmakoterapie, 2011, 6.

Naigamwalla D.Z. et al: Iron deficiency anemia, Canadian veterinary journal, 2012, 53, 256.

Williams R. et al : Pathogenic implications of iron accumulation in multiple sclerosis, Journal of neurochemistry, 2012, 120, 7.