Jern

De fleste organismene i en oksygenatmosfære har vanskeligheter med å ta opp jern, og inneholder derfor en eller flere typer jernbærere (sideroforer). Jern heter ferrum på latin Mangelsymptomene viser seg som anemi hos mennesker og klorose hos planter. Satt litt på spissen kan man si at den organismen som behersker jernreservoaret i et økosystem vil være den dominerende organismen. Jern er et transisjonsmetall, endrer lett oksidasjonsnivå og er derfor en viktig elektrontransportør i redoksreaksjoner i biologiske systemer. Jern i ioneform finnes som en redusert form Fe²⁺ (ferro, Fe(II)) eller en oksidert form Fe³⁺(ferri, Fe(III)). I vann oksideres Fe²⁺ til Fe³⁺ lettere jo mindre sur løsningen er. Den lave konsentrasjonen av jern i en oksygenatmosfære skyldes det lave oppløselighetsproduktet for treverdig jern. Jern kan lagres bundet til et protein kalt fytoferritin som finnes i ledningsvev, i plastider og frø. Mesteparten av jern finnes bundet til hem og cytokromer. Ferrochelatase er enzymet som plasserer Fe²⁺ i tetrapyrollringen i porfyrinringen som brukes til å lage cytokromer. Jern finnes også bundet til cysteinsvovel som Fe₂S₂ i proteiner. Cytokromer og jern- svovelproteiner er viktige i redoksystemene i kloroplaster og mitokondrier. Jern finnes i enzymene nitrat reduktase, nitrogenase, aconitase, ACC-oksidase, katalase, jern-superoksid dismutase (Fe-SOD), lipoksygenase og peroksidase. Leghemoglobin, som brukes til å regulere oksygenkonsentrasjonen ved nitrogenfiksering i erteplanter, inneholder også jern. Jern trengs for å lage klorofyll. Jernmangel har mindre effekt på bladvekst og celleantall, men har stor effekt på størrelsen av kloroplaster og innholdet av kloroplastprotein. Bakterier kan skille ut sideroforer som inneholder hydroksamater (-CONOH), bl.a. i form av sykliske peptider, som binder jern meget sterkt. Sideroforene plukkes deretter opp av bakteriene, jern blir redusert fra treverdig til toverdig jern som løsner fra sidereforen, og deretter skilles sideroforen ut igjen for å ta opp mer jern. Mennesker bruker sideroforen transferrin i blod og laktoferrin i morsmelk og tårer. Plantene inneholder fytosideroforer som binder jern. Eksempler på slike er iminokarboksylsyrer hos kornslagene (avensyre, mugineinsyre, nikotianamin). Fenoler kan også brukes som sideroforer. Plantene kan respondere på jernmangel ved å lage sideroforer eller ved å senke pH i rotsonen. Lavere pH øker tilgjengeligheten av jern i betydelig grad. Treverdig jern kan reduseres til toverdig på plasmamembranen katalysert av Fe(III) reduktase eller Fe(III)chelat reduktase. Jern kan også reduseres ekstracellulart ved hjelp av NADPH. Inne i planten finnes jern bundet til chelater bl.a. sitronsyre. I næringsløsninger kompleksbindes jern i et EDTA-chelat. Under anaerobe forhold virker jern giftig på grunn av det høye oppløselighetsproduktet for ferrojern (Fe(II)). Hos sumpplanter fraktes oksygen ned til røttene via aerenkym og skadelig jern(II)forbindelser oksideres på utsiden av røttene til uoppløselig jern(III)forbindelser. Fe²⁺ kan ikke forekomme fritt i planten siden denne formen av jern vil kunne gi toksiske effekter via Fenton-reaksjoner og Haber-Weiss-reaksjoner. Fe²⁺ bundet til et chelat vil f.eks. kunne gi en rent kjemisk hydroksylering og oksidativ dekarboksylering av benzosyreforbindelser. Humussyrer kan kompleksbinde jernoksider i vann. Jernoksidene kan deretter fororeduseres på overflaten av algeceller i vannet. Jernmangel på planter viser seg på de yngste bladene som blir klorotiske, men ledningsvevet kan beholde grønnfargen. I motsetning til magnesiummangel dannes det sjelden nekrotiske flekker på bladene.