Ferro e vida: companheiros insaperáveis

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Composição com imagem de Arek Socha/Pixabay

Figura 1. Ferro, o metal da vida.

O ferro, número atômico 26 e pertencente ao bloco d (Grupo 8) da Tabela Periódica, é um dos elementos essenciais para a vida. Usado desde o Egito Antigo^{1, 2, 3}, ainda hoje é muito importante para a Humanidade, estando presente tanto em construções - como suporte para concreto - quanto em partes mecânicas e máquinas na indústria^{1, 3, 4}.

O Brasil é o segundo maior produtor de ferro do mundo, tendo sido responsável por 18,9% da extração desse minério em 2016, de acordo com o Sumário Mineral Brasileiro 2017 da Agência Nacional de Mineração⁵. Isso mostra a importância desse metal para a economia nacional.

Na crosta terrestre o ferro metálico (Fe⁰) é raro, sendo encontrado em outros estados de oxidação em diversos minérios. Os mais relevantes para a mineração são a hematita (Fe₂O₃ – sua cor varia de cinza metálica a preto e pode ser encontrada na forma cristalina vermelha) e a magnetita (Fe₃O₄ – minério preto, possui propriedades magnéticas e maior porcentagem de ferro em sua composição)¹.

Uma das mais recentes hipóteses sobre como a vida surgiu na Terra diz que moléculas orgânicas complexas necessárias como blocos construtores da vida, os aminoácidos, teriam sido formadas sobre superfícies minerais mais especificamente piritas – FeS₂, que agiam como catalisadores para essas reações^{6, 7}.

A abundância desse elemento juntamente com a facilidade com a qual sofre oxidação e redução são de extrema relevância quando se trata da relação entre a vida e o ferro. Essa característica faz com que não só esse elemento participe de transferências de cargas, mas também como um centro metálico ao qual se ligam diversos tipos de ligantes – especialmente oxigênio, nitrogênio e enxofre – que também são elementos essenciais^{1, 6}.

A aplicação mais importante do ferro é sua participação nos mecanismos biológicos para a manutenção da vida. A presença do ferro em sistemas biológicos é fundamental para uma série de atividades, porém, também tem o potencial de, se em excesso, intoxicar os órgãos e levar a doenças como câncer, cirrose hepática e hemocromatose – sendo esta última uma doença hereditária. Por isso, o corpo tem a necessidade de conseguir uma forma de armazenamento/liberação do ferro^{9, 10}.

Em mamíferos, as metaloproteínas se constituem em quatro classes principais descritas abaixo juntamente a suas funções nos organismos vivos¹⁰:

I. Metaloproteínas não-enzimáticas – transporte de oxigênio;
II. Enzimas de ferro-enxofre – transferência de cargas;
III. Enzimas que contém compostos heme – transferência de cargas;
IV. Outras enzimas que contém ferro – com outras funções, incluindo a transferência de cargas.
 

Sobre a primeira classe, as células do corpo humano precisam de um ambiente químico específico para sobreviver e esse meio deve fornecer os nutrientes necessários para que as suas funções sejam mantidas, e quem cumpre esse papel (transporte de nutrientes, remoção de dejetos e manutenção do meio) é o sangue^{9, 10}.

Os papéis mais importantes do sistema sanguíneo são o transporte de O₂ dos pulmões para os tecidos e a eliminação de produtos indesejados do processo – como o gás dióxido de carbono – através de troca de gases no sangue um processo chamado de hematose, no qual os gases são vinculados a uma metaloproteína cujo núcleo é o íon Fe (II) – a hemoglobina (Figura 2) – a qual se associa com quatro moléculas de oxigênio nos alvéolos pulmonares formando a oxiemoglobina (sangue arterial) que ao alcançar os tecidos libera as moléculas de oxigênio por difusão e captura CO₂ (também por difusão) – que reage com a água dentro das hemácias formando HCO₃- que se associa com a hemoglobina formando a carboemoglobina (sangue venoso) e a transporta até os pulmões onde ocorre a troca de gases, mais uma vez completando o ciclo da respiração pulmonar^{10, 11}.

 

Figura 2. Modelo molecular da hemoglobina (Fonte: CASIDAY, R., FREY, R. Hemoglobin and the Heme Group: Metal Complexes in the Blood for Oxygen Transport).

 

O gás oxigênio tem solubilidade baixa no plasma sanguíneo. Sendo assim há uma forma de transporte utilizando complexos metálicos do tipo Heme como a mioglobina, que age como um facilitador na difusão de O₂ no sangue e nos músculos, e a hemoglobina, que possui capacidade de complexar moléculas de oxigênio – cada unidade dessa proteína tem capacidade para quatro moléculas de O₂ – e pode liberá-las através de mudanças na conformação estequiométrica que são regidas por moduladores^{10, 11}.

Os moduladores – pH, pCO₂, fosfatos orgânicos e temperatura – são os fatores que determinam a afinidade da proteína com o sangue, ou seja, a eficiência do processo de transporte de O₂ por todo organismo. Outro fator importante é a disponibilidade do íon ferro nesse meio, pois essa é responsável por um dos processos iniciais na formação dos glóbulos vermelhos – nos quais está localizada a hemoglobina^{10, 11}.

A segunda e a terceira classes têm seus papéis focados no transporte de elétrons – ou cargas – sendo que cada classe possui um mecanismo próprio de transporte já descrito em detalhes na literatura por Beard e Dawson (1996)¹⁰.

É notável a necessidade de ferro para o ser humano. Assim, torna-se indispensável ter conhecimento de como o transporte desse metal tão valioso é feito através de todo o organismo, partindo de seu consumo por meio da dieta e a distribuição interórgãos – estudada em profundidade por Baynes e Bothwell (1990), Dallman (1982 e 1986) e Finch e Heubers (1982). Esses autores estabeleceram a rota primária de transporte/armazenamento de ferro pelo corpo o que ocorre através da proteína transferritina que leva o ferro das reservas (no fígado e no baço) e os guia até os tecidos necessitados. O ferro também é reaproveitado de células mortas – especialmente eritrócitos – uma vez que há certa dificuldade em expeli-lo devido à sua baixa solubilidade, pois existe um balanço entre a quantidade absorvida e a perdida^{10, 12}.

A partir dessas informações, percebe-se com clareza que uma deficiência relacionada ao ferro afetaria o organismo inteiro, e estudos apontam que a severidade das consequências depende do tipo de anemia – que pode afetar o sistema de transporte de oxigênio e de cargas pelo corpo – pode afetar também os sistemas nervoso e imune, além de outras consequências que são abordadas em profundidade no artigo de revisão de Beard (2001).

Amanda Nina Sargi do Nascimento
Pós-graduanda em Química pelo IQ/UNESP – Araraquara
E-mail: amanda.sargi@gmail.com 

Prof. Dr. Antônio Carlos Massabni
Prof. Titular Aposentado do IQ/UNESP – Araraquara
E-mail: amassabni@uol.com.br 

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Referências

1. SILVER, J. Chemistry of iron. s.l.: Blackie Academic & Professional, Glasgow, 1993. Disponível em: <https://doi.org/10.1002/aoc.590070811>. Acesso em: 20 mai. 2019.
2. Rehren, T., Belgya, T., Jambon, A., Káli, G., Kasztovszky, Z., Kis, Z., Kovács, I., Maróti, B., Martinón-Torres, M., Miniaci, G., Pigott, V. C., Radivojević, M., Rosta, L., Szentmiklósi, L., Szőkefalvi-Nagy, Z. 5,000 years old Egyptian iron beads made from hammered meteoritic iron. Journal of Archaeological Science. 2013, Vol. 40, pp. p. 4785-4792.
3. Nautilus. [Online] Disponível em: <http://nautilus.fis.uc.pt/st2.5/scenes-e/elem/e02610.html>. Acesso em: 20 mai. 2019.
4. BLASZCZAK-BOXE, A. Facts about Iron. Live Science. Disponível em: <https://www.livescience.com/29263-iron.html>. Acesso em: 20 mai. 2019
5. AGÊNCIA NACIONAL DE MINERAÇÃO. Ferro. Sumário Mineral Brasileiro 2017. Disponível em: <http://www.anm.gov.br/dnpm/publicacoes/serie-estatisticas-e-economia-mineral/sumario-mineral/sumario-brasileiro-mineral-2017/ferro_sm_2017>. Acesso em: 20 mai. 2019
6. NICHOLLS, D. The chemistry of iron, cobalt and nickel: comprehensive inorganic chemistry. s.l.: Elsevier, 2013.
7. CORNELL, R. M.; SCHWERTMANN, U. The iron oxides: structure, properties, reactions, occurrences and uses. s.l.: John Wiley & Sons, 2003.
8. Iron - Chemical Element. Encyclopedia Britannica. [Online] Disponível em: <https://www.britannica.com/science/iron-chemical-element>. Acesso em: 20 mai. 2019.
9. DA SILVA, J. J. R. F.; WILLIAMS, R. J. P. The biological chemistry of the elements: the inorganic chemistry of life. Oxford University Press, 2001.
10. BEARD, J. L. Iron biology in immune function, muscle metabolism and neuronal functioning. The Journal of nutrition, v. 131, n. 2, p. 568S-580S, 2001.
11. CASIDAY, R., FREY, R. Hemoglobin and the Heme Group: Metal Complexes in the Blood for Oxygen Transport. Disponível em: <http://www.chemistry.wustl.edu/~edudev/LabTutorials/Hemoglobin/MetalComplexinBlood.html>. Acesso em: 20 mai. 2019.
12. CASIDAY, R., FREY, R. Iron Use and Storage in the Body: Ferritin and Molecular Representations. Disponível em: <http://www.chemistry.wustl.edu/~edudev/LabTutorials/Ferritin/Ferritin.html>. Acesso em: 20 mai. 2019.

Fonte:CRQ/IV

Publicado em 27/05/2019

Ferro e vida: companheiros inseparáveis