Wofür benötigen Lebewesen Eisen
Eisen ist ein chemisches Element. Im Periodensystem trägt es das Symbol Fe (lat.: ferrum) und die Ordnungszahl 26. Es gehört zu den Metallen und ist das vierthäufigste Element in der Erdkruste. Im Alltag verbinden wir Eisen oft mit Werkstoffen, da es beispielsweise in Form von Stahl ziemlich häufig zum Einsatz kommt. Doch auch in der Biologie spielt Eisen eine große Rolle. Es handelt sich nämlich um ein sogenanntes Spurenelement.
Spurenelemente müssen über die Nahrung aufgenommen werden und sind für den Körper lebensnotwendig. Ein Mangel kann verschiedene Gründe haben und hat für den Organismus meist schlimme Folgen. Doch Eisen ist nicht nur ein wichtiger Bestandteil des menschlichen Körpers, denn auch andere Lebewesen – sogar Pflanzen – benötigen Eisen um überleben zu können. Warum das so ist und welch wichtige Aufgaben dieses spannende Element in Lebewesen übernimmt, wird gleich klarer werden.
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Eisen in den roten Blutkörperchen der Lebewesen
Die roten Blutkörperchen sind die häufigsten Zellen im Blut der Menschen und anderer Wirbeltiere. Sie enthalten den Blutfarbstoff Hämoglobin, der ihnen ihre auffällige Farbe verleiht und daher auch für das Rot unseres Blutes verantwortlich ist.
Hämoglobin besteht aus vier zusammenhängenden Proteinen (Eiweißen), wovon jedes eine Art Tasche besitzt. In jeder dieser vier Taschen sitzt das sogenannte Häm. Dieses wiederum ist ein Molekül, dessen zentraler Bestandteil Eisen ist. Dieses Eisen kann jeweils ein Molekül Sauerstoff binden und dieses so von der Lunge über den Blutkreislauf in den restlichen Körper transportieren.
Das eisenhaltige Hämoglobin hat eine Struktur, dass der Sauerstoff andocken kann. Man kann sagen, Sauerstoff und Hämoglobin passen wie Schlüssel und Schloss. Beim Einatmen gelingt der Sauerstoff in die Lunge und von dort ins Blut. Das eisenhaltige Hämoglobin nimmt den Sauerstoff und durch den Blutkreislauf werden alle Organe mit Sauerstoff versorgt.
Vereinfacht gesagt ist Hämoglobin also ein Molekül mit vier Taschen, in der jeweils ein Eisen sitzt. Dieses kann sich ein Sauerstoffmolekül schnappen und macht so den Sauerstofftransport im Blut überhaupt erst möglich.
Eisen und seine Rolle in der Energiegewinnung der Lebewesen
Wir gewinnen unsere Energie aus der Nahrung, die wir essen. Dies klingt relativ einfach und unkompliziert, ist es jedoch nicht. Die Energiegewinnung erfolgt nämlich auf Zellebene, genauer gesagt in den Mitochondrien. Diese werden daher oft auch als die Kraftwerke der Zelle bezeichnet.
In diesen Mitochondrien findet die sogenannte Zellatmung statt, die man in drei Teilprozesse (Glykolyse, Zitronensäurezyklus und Atmungskette) unterteilen kann. Im Grunde wird also in drei Schritten Energie aus organischen Stoffen (zum Beispiel Traubenzucker) und Sauerstoff gewonnen. Eisen wird für zwei der drei Teilprozesse, nämlich den Zitronensäurezyklus und die Atmungskette, benötigt.
Ohne dieses Eisen kann kein Stoffwechsel stattfinden, denn das Spurenelement hilft sekundär beim Spalten der Nährstoffe. Beim Zitronensäurezyklus beispielsweise wird die ursprünglich aufgenommene Nahrung durch Oxidation abgebaut. Dieser Abbau ist wichtig, da dies die eigentliche Energiegewinnung darstellt. Der Name Oxidation als chemischer Abbauprozess verweist schon auf die Rolle des Sauerstoffs. Dieser ist zwingend notwendig und wird nur über das eisenhaltige Hämoglobin gebunden und verteilt.
Eisen als Bestandteil von Enzymen
Eisen ist des Weiteren Bestandteil vieler wichtiger Enzyme. Enzyme sind Moleküle, die chemische Reaktionen starten oder beschleunigen können. Im Wesentlichen basiert alles in unserem Körper auf chemischen Reaktionen – so ist Eisen unter anderem ebenfalls wichtig für unsere Muskelzellen, die Entgiftung der Leber und das Immunsystem.
Brauchen alle Lebewesen Eisen?
Man könnte diese Frage kurz und bündig mit Ja beantworten, denn so gut wie alle Lebewesen benötigen Eisen. Aber wir wollen dem Ganzen natürlich genauer auf den Grund gehen. Darum sehen wir uns an, welche Rolle Eisen in Meerestieren, Bakterien und Pflanzen spielt.
Einige wirbellose Meerestiere nutzen zum Sauerstofftransport das sogenannte Hämerythrin. Dieses ist zwar einfacher aufgebaut als das Hämoglobin in unserem Blut, und kann nur zwei Sauerstoffmoleküle transportieren, benötigt dafür aber ebenfalls Eisen.
Bakterien haben zwar kein Blut, jedoch funktioniert ihre Energiegewinnung oft ähnlich der des Menschen. Die Vorgänge die bei uns in den Mitochondrien ablaufen, laufen in vergleichbarer Weise auch in den Bakterien ab. Daher benötigen auch sie Eisen, um überleben zu können. Interessant ist, dass Bakterien eigene Stoffe produzieren, die sie dann in ihre Umgebung abgeben. Dort binden diese Stoffe an Eisen und bilden Komplexe. Diese kann das Bakterium dann aufnehmen und kommt so an das wichtige Spurenelement.
Auch Pflanzen brauchen Eisen. Dieses liegt in gesunden Böden in der Erde vor und kann über die Wurzeln aufgenommen werden. Im Gegensatz zu Menschen und Tieren, brauchen Pflanzen jedoch keinen Sauerstoff, sondern stellen ihn bei der Photosynthese her. Bei diesem Vorgang wird mit Hilfe von Lichtenergie aus CO2 und Wasser, Traubenzucker und Sauerstoff. Dazu wird unter anderem Eisen benötigt. Für die Photosynthese ist zudem der grüne Farbstoff Chlorophyll sehr wichtig, bei dessen Herstellung ebenfalls Eisen benötigt wird.
Man kann also sagen, dass so gut wie alle Lebewesen auf Eisen angewiesen sind. Es ist ein wichtiger Bestandteil im Stoffwechsel von Menschen, anderen Wirbeltieren, wirbellosen Meerestieren, Bakterien und Pflanzen. Egal ob für den Sauerstofftransport im Blut, für die Photosynthese der Pflanzen, oder zur Energiegewinnung in tierischen Zellen oder von Bakterien. Eisen nimmt viele unterschiedliche Rollen ein, jedoch ist eines fast allen Lebewesen gemein: sie benötigen Eisen um überleben zu können.
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