MOLYBDÉN: Aké sú jeho účinky na organizmus? Potravinové zdroje + príznaky nedostatku a nadbytku

Základná charakteristika prvku

Molybdén je esenciálny chemický prvok predstavujúci kľúčovú zložku živých organizmov nevyhnutnú pre ich prežívanie.

Patrí mu chemická značka Mo, ktorá je odvodená od latinského slova molybdaenum.

Jeho pomenovanie má pôvod v starovekom gréckom slove „molybdos“, čo v preklade znamená olovo. Tento mylný názov vychádza zo skutočnosti, že rudy molybdénu si ľudia na základe rovnakého vzhľadu častokrát zamieňali s rudami olova alebo grafitom.

Navyše, pomenovanie olovo bolo v staroveku univerzálne pomenovanie pre akýkoľvek čierno-sivý minerál, ktorý zanechával stopy na papieri alebo inom povrchu.

História objavu molybdénu siaha do roku 1778, kedy ho švédsky chemik Carl Wilhelm Scheele identifikoval ako neznámy prvok v mineráli molybdenit.

Tento minerál bol však ľuďom známy už oveľa skôr, a to práve kvôli tomu, že bol dlhodobo chybne považovaný za rudu olova alebo grafit.

Po prvýkrát bol molybdén ako kov izolovaný v roku 1781 švédskym chemikom Peterom Jacobom Hjelmom, ktorý mu zároveň dal aj meno.

Molybdén patrí medzi prvky 6. skupiny periodickej tabuľky chemických prvkov a nachádza sa v 5. perióde.

Zaraďujeme ho do skupiny prvkov s názvom prechodné prvky alebo aj prechodné kovy.

Toto pomenovanie pochádza ešte z doby, kedy chemici pripisovali prvkom nachádzajúcim sa v strede periodickej tabuľky prechodné vlastnosti medzi alkalickými kovmi a nekovmi.

Molybdén je lesklý kov, má strieborno-sivé zafarbenie. Je tvárny a vysoko odolný voči korózii.

Spomedzi všetkých prvkov má jednu z najvyšších teplôt topenia. Pri normálnej teplote nereaguje ani s vodou ani so vzduchom.

Tabuľkový prehľad základných chemických a fyzikálnych informácií o molybdéne

Molybdén je prvok rozšírený vo vesmíre, zemskej kôre, vodách, pôde a v neposlednom rade plní dôležité funkcie v živých organizmoch vrátane ľudského tela.

V prírode nenachádzame molybdén vo voľnej podobe. Najčastejšie je súčasťou minerálov, z ktorých môžeme spomenúť molybdenit (MoS₂), wulfenit (PbMoO₄), powellit (CaMoO₄) alebo ferrimolybdit.

Z hľadiska priemyselného použitia sa najväčší podiel vyprodukovaného molybdénu využíva v metalurgii pri výrobe zliatin (napr. liatina, oceľ).

Molybdén dodáva výsledným produktom jedinečnú pevnosť, tvrdosť, elektrickú vodivosť a odolnosť voči opotrebovaniu či korózii.

Ďalej sa molybdén a jeho zlúčeniny môžu uplatňovať ako:

• Súčasť elektród, elektrických alebo elektronických súčiastok, vďaka jeho vysokej teplote topenia.
• Účinné tuhé mazivo, hlavne pri vysokých teplotách (pri ktorých sa rozkladajú oleje).
• Katalyzátor v ropnom priemysle.
• Látka zlepšujúca priľnavosť farieb a lakov na kovy.
• Pigment v plastoch alebo keramike.
• Hnojivo pre rastliny.
• Súčasť príkrmov pre zvieratá.
• Rádioaktívny izotop pri medicínskych zobrazovacích metódach.

Akú má molybdén biologickú funkciu?

Molybdén patrí medzi základné esenciálne stopové prvky ľudského organizmu. Je potrebný len v stopových, tzn. malých množstvách, no napriek tomu je jeho prítomnosť nevyhnutná a jeho absencia by mohla mať až fatálne následky.

Organizmus nie je schopný molybdén produkovať samostatne, je odkázaný na jeho príjem z vonkajšieho prostredia.

Potreba molybdénu v ľudskom tele je úzko spätá s fungovaním niektorých enzýmov. Molybdén vystupuje ako kofaktor týchto enzýmov a tie sa následne môžu podieľať na urýchľovaní rôznych chemických reakcií – tzv. katalýza.

Kofaktory sú nízko-molekulové chemické látky, ktoré sú pripojené k molekule enzýmu (predstavujú neproteínovú zložku enzýmu). Ich dôležitosť spočíva v tom, že sú potrebné pre fungovanie enzýmov a bez ich prítomnosti by enzýmy nevykazovali žiadnu aktivitu.

Hlavnou úlohou kofaktorov je prenášať atómy alebo skupiny atómov v priebehu chemickej reakcie, na ktorej sa daný enzým podieľa.

Biologická dôležitosť molybdénu bola popísaná v podstate až s objavom prvých enzýmov obsahujúcich molybdén, a teda v päťdesiatych rokoch 20. storočia.

Molybdén ako samostatne stojaci prvok neplní v organizme žiadnu úlohu, pretože v tejto podobe je inaktívny. Dôležitým sa stáva až vtedy, keď vytvorí komplex s enzýmom.

Z uvedeného teda vyplýva, že biologicky aktívnou formou molybdénu v našom tele je organická molekula – molybdénový kofaktor.

Rozlišujeme dva typy molybdénových kofaktorov, ktoré sa vzájomne významne líšia v štruktúre.

Prvým je molybdénový kofaktor obsahujúci ióny železa (označovaný skratkou FeMoCo), ktorý je súčasťou enzýmu nitrogenáza. Tento enzým sa netýka ľudí, ale nachádza sa v niektorých baktériách a slúži na naviazanie dusíka z atmosféry.

Druhým typom je molybdénový kofaktor na báze pterínu (označovaný skratkou MoCo), ktorý je súčasťou viac ako 100 rôznych druhov enzýmov vrátane tých v ľudskom organizme.

U ľudí boli doteraz identifikované len 4 enzýmy, ktoré pre svoj účinok vyžadujú prítomnosť molybdénu ako kofaktora – a to sulfid oxidáza, xantín oxidáza, aldehyd oxidáza a mitochondriálny amidoxím redukujúci komponent.

Nazývame ich tiež metaloenzýmy a ich úlohou je katalyzovať, tzn. urýchľovať oxidačno-redukčné reakcie zlúčenín obsahujúcich prvky ako síra, uhlík alebo dusík.

Sulfid oxidáza je enzým katalyzujúci premenu siričitanov SO₃^2- na sírany SO₄^2- – ide o oxidačnú reakciu.

Táto reakcia je dôležitým krokom v procese rozkladu a odbúravania aminokyselín obsahujúcich síru, a teda cysteínu a metionínu v organizme.

Nedostatok sulfid oxidázy môže viesť k rozvoju závažných neurologických porúch.

Sulfid oxidáza sa uplatňuje dokonca aj pri odbúravaní siričitanov pochádzajúcich z potravy. Siričitany sú totiž častou prídavnou látkou v potravinách – víno, nápoje, syry alebo ovocie, kde vystupujú ako konzervačné látky či antioxidanty.

Enzým xantín oxidáza katalyzuje rozklad purínov, čo sú základné stavebné jednotky nukleových kyselín DNA a RNA. Výsledným produktom tejto rozkladnej reakcie je kyselina močová.

Chýbanie xantín oxidázy v organizme môže viesť k toxicite a až k poškodeniu genetickej informácie buniek.

Dôležitosť aldehyd oxidázy spočíva hlavne v tom, že sa podieľa na metabolizme liekov a toxických zlúčenín. Okrem toho katalyzuje hydroxylačné reakcie zlúčenín rôzneho charakteru.

Štvoricu enzýmov obsahujúcich molybdén uzatvára enzým nazývaný mitochondriálny amidoxím redukujúci komponent (mARC).

Tento enzým je zapojený do metabolizmu prekurzorov liekov.

Liekový prekurzor je inaktívna forma liečiva, ktorá sa po prijatí do organizmu metabolizuje a ako produkt vzniká aktívne liečivo schopné účinku.

Liekové prekurzory sa najčastejšie vytvárajú zavedením atómu kyslíka do molekuly aktívneho liečiva. Enzým mARC dokáže redukovať práve túto väzbu kyslíka v molekule, a tým je zodpovedný za vznik účinnej formy liečiva.

Okrem spomenutých primárnych funkcií molybdénových enzýmov môžeme spomenúť aj ich účasť pri redukcii dusitanov na oxid dusnatý. Ten následne reguluje kontrakciu ciev, krvný tlak, bunkové dýchanie alebo tiež ochranu buniek pred stresom.

Molybdén – od prijatia až po vylučovanie

Absorpcia

Hlavnou cestou, ktorou sa molybdén dostáva do organizmu je jeho príjem v potrave, prípadne v pitnej vode.

Na to, aby sa molybdén mohol absorbovať cez tráviaci trakt, musí mať hexavalentnú podobu Mo⁶⁺, najčastejšie v kombinácii s kyslíkom ako oxyanión.

Miestom absorpcie je žalúdok a tenké črevo, pričom vyššia miera vstrebávania je v tenkom čreve.

Molybdén sa vstrebáva pomerne rýchlo a z celkového množstva prijatého v potrave sa absorbuje približne 88 – 93 %.

Množstvo absorbovaného molybdénu závisí nielen od výšky jeho obsahu v potrave, ale aj od zloženia súbežne prijímanej potravy.

V prípade súbežného príjmu medi a síranov dochádza k vytváraniu nerozpustných komplexov molybdénu, síry a medi, a tým k znemožneniu absorpcie týchto prvkov.

Distribúcia

Absorbovaný molybdén sa z tráviaceho traktu dostáva do krvi, pomocou ktorej je distribuovaný do rôznych častí organizmu.

Vyskytuje sa zvyčajne vo forme Mo⁴⁺ alebo Mo ⁶⁺ a viazaný na síru alebo kyslík.

V tele dospelého človeka sa nachádza približne 9 mg molybdénu, väčšina ako súčasť molybdénových enzýmov. Najvyššie množstvá sú sústredené v pečeni, obličkách, tenkom čreve a nadobličkách.

Nachádza sa však aj v zuboch alebo kostiach.

Fyziologická koncentrácia molybdénu v krvi je približne 0,6 ng/ml. Jej hodnota však závisí aj od príjmu molybdénu v potrave.

Patologicky zvýšené koncentrácie molybdénu v krvi sa pozorujú u pacientov s akútnymi zápalovými ochoreniami pečene spôsobenými vírusmi a u pacientov s poškodením pečene spôsobeným alkoholom.

Vylučovanie

Primárnou cestou vylučovania molybdénu je vylučovanie cez moč. Čím je príjem molybdénu v potrave vyšší, tým je vyššia aj miera jeho eliminácie.

Regulácia vylučovania molybdénu predstavuje najdôležitejší krok v udržiavaní jeho homeostázy, tzn. udržiavaní jeho hladiny na fyziologických hodnotách.

Menšie množstvo molybdénu sa dostáva z organizmu aj stolicou. Ide najmä o podiel, ktorý nebol absorbovaný v tráviacom trakte a priamo sa vylučuje z tela.

Je potrebné spomenúť aj elimináciu prostredníctvom žlče. Spolu so žlčou sa molybdén dostáva do čriev a následne je vylučovaný z organizmu opäť cez stolicu.

Proces vylučovania molybdénu je pravdepodobne ovplyvňovaný prítomnosťou medi a síranov v organizme. Pri tejto interakcii dochádza k zvýšenému vylučovaniu molybdénu cez obličky do moču.

Aký je odporúčaný denný príjem molybdénu?

Odporúčania na priemerný denný príjem molybdénu nie sú vzhľadom na nedostatok údajov stanovené.

Európsky úrad pre bezpečnosť potravín však publikuje hodnoty adekvátneho príjmu molybdénu. Adekvátny príjem je priemerná hodnota určená na základe pozorovaní a predpokladá sa, že je primeraná potrebám populácie.

Okrem toho je stanovená aj horná hranica príjmu molybdénu, ktorá je u človeka ešte tolerovaná.

Táto hranica predstavuje maximálny dlhodobý denný príjem molybdénu zo všetkých zdrojov, pri ktorom nehrozí riziko vzniku nežiaducich zdravotných následkov.

Tabuľkový prehľad adekvátneho denného príjmu a hornej hranice príjmu molybdénu v závislosti od veku

Zdroje molybdénu v potrave

Najvýznamnejším zdrojom molybdénu pre človeka je potrava, v menšom množstve aj pitná voda.

Potraviny bohaté na prítomnosť molybdénu sú hlavne strukoviny (fazuľa, hrach, šošovica), listová zelenina, obilniny a produkty z nich (pšenica, ovos), ryža, orechy, slnečnicové semená, mlieko a mliečne produkty.

V menšej miere aj mäso a vnútornosti, napríklad pečeň.

Obsah molybdénu sa v jednotlivých potravinách líši. Závisí od druhu potraviny a tiež od koncentrácie molybdénu v pôde, na ktorej bola daná rastlinná potravina pestovaná, alebo v prípade živočíšnych produktov od charakteru krmiva zvieraťa.

Zásaditejšie pôdy obsahujú zvyčajne vyššie množstvo molybdénu.

Zdrojom molybdénu môžu byť taktiež aj doplnky výživy. Aktuálne sú na trhu dostupné len viac-komponentné prípravky, ktoré okrem iných zložiek obsahujú aj molybdén.

Ide o rôzne multivitamínové alebo minerálne doplnky. V nich sa molybdén nachádza vo forme molybdenanu amónneho alebo molybdenanu sodného.

Zvykne sa však používať aj vo forme chloridov alebo soli kyseliny citrónovej.

Aké sú následky poruchy hladiny molybdénu?

Rovnako ako je to pri iných mineráloch alebo stopových prvkoch, aj pri molybdéne je dôležité udržiavať jeho koncentráciu v rozmedzí fyziologických hodnôt.

Len tak môže byť tento prvok pre organizmus prospešný a zároveň bezpečný.

Akákoľvek výrazná odchýlka od stanovených hodnôt môže vyústiť do vzniku a rozvoja zdravotných komplikácií.

Môže dochádzať k dvom situáciám – k výskytu nadmerného množstva molybdénu v organizme alebo naopak k jeho nedostatku, resp. jeho nedostatočnej funkcii.

Nedostatok molybdénu a jeho následky

Ako sme už spomenuli, zásobovanie organizmu molybdénom sa uskutočňuje primárne prostredníctvom potravy.

Je preto logické vyvodiť, že nedostatočný príjem potravy bohatej na prítomnosť molybdénu môže byť prvou príčinou vzniku nedostatku.

Deficit molybdénu v organizme spôsobený jeho nízkym príjmom v potrave je však vzácny a u ľudí sa takmer vôbec nepozoruje.

Jediným zaznamenaným prípadom (z roku 1981), kedy došlo k rozvoju deficitu z dôvodu nízkeho príjmu molybdénu, bol pacient s Crohnovou chorobou dostávajúci úplnú parenterálnu výživu bez pridaného molybdénu, a to po dobu niekoľkých mesiacov.

Príznaky, ktoré sa pozorovali u tohto pacienta boli nevoľnosť, zrýchlené dýchanie a srdcový tep, problémy s videním a kóma. Laboratórne bola u neho zistená porucha tvorby kyseliny močovej a porucha metabolizmu aminokyselín obsahujúcich síru.

Oveľa pravdepodobnejšia, v porovnaní s deficitom molybdénu v organizme, je existencia narušenej funkcie molybdénu.

V tomto prípade sa do organizmu prijíma dostatočné množstvo tohto stopového prvku, avšak ani tak nefunguje správne.

Na to, aby sa mohla prejaviť aktivita molybdénu, musí byť súčasťou enzýmu v podobe molybdénového kofaktora – MoCo.

Proces tvorby MoCo pozostáva z niekoľkých krokov a akákoľvek chyba vzniknutá v tomto procese spôsobí nesprávnu syntézu MoCo.

Nakoľko je MoCo nevyhnutnou súčasťou už spomínaných štyroch enzýmov, narušenie jeho tvorby sa následne negatívne premietne aj do fungovania molybdénových enzýmov.

Chyby v správnej syntéze MoCo nazývame mutácie (je ich identifikovaných > 60 druhov) a ide o veľmi zriedkavo sa vyskytujúce vrodené defekty.

Mutácie v tvorbe MoCo môžu viesť k nefunkčnosti buď všetkých molybdénových enzýmov alebo len jedného konkrétneho.

Následky nedostatočnej funkcie molybdénových enzýmov sú:

1. Deficit sulfid oxidázy

• Hromadenie zlúčenín síry v organizme (nakoľko nie sú rozkladané enzýmom).
• Vznik neurologických porúch a závažné oneskorenie vývoja jedinca.

2. Deficit xantín oxidázy

• Hromadenie derivátov purínov v organizme a v moči (nakoľko nie sú rozkladané enzýmom).
• Nízka hladina kyseliny močovej v krvi (zníženie antioxidačnej funkcie krvi).

3. Deficit všetkých enzýmov

• U novorodencov sa vyskytujú problémy s príjmom potravy, záchvaty, nadmerný plač, premiestnenie šošovky.
• V prvých rokoch života sú jedinci neschopní pohybu, nekomunikujú s okolím, sú odkázaní na kŕmenie a ich celkový mentálny vývoj je pozastavený.
• Zvyčajne končia smrťou v prvých rokoch života.

Nadbytok molybdénu a jeho následky

Samotný molybdén alebo jeho zlúčeniny nepredstavujú pre ľudský organizmus významné riziko, a to ani pri vysokých dávkach. Pravdepodobnosť výskytu toxicity spôsobenej molybdénom je pomerne nízka.

Je zaznamenaných niekoľko prípadov, kedy nadmerný príjem molybdénu (z dôvodu jeho vysokej koncentrácie v pôde) viedol k vzniku príznakov ako je bolesť kĺbov, zvýšená hladina kyseliny močovej v moči, zvýšená hladina molybdénu v krvi alebo príznaky podobné dne.

Charakter uvedených príznakov vypovedá o tom, že zvýšením príjmu molybdénu sa zvyšuje aj tvorba a aktivita molybdénových enzýmov.

Závažné stavy toxicity spôsobenej molybdénom sa doteraz pozorovali len u zvierat, konkrétne u prežúvavcov.

Nadmerný príjem molybdénu totiž znižuje mieru vstrebávania medi, z dôvodu vzniku nevstrebateľných komplexov.

Sekundárne sa vyvíja deficit medi a toto ochorenie sa nazýva molybdenóza alebo hypokupróza. Prejavuje sa závažnou hnačkou, nechutenstvom, šedivením srsti, stuhnutosťou končatín, anémiou, či dokonca aj neplodnosťou.

Rozvoj nedostatku medi pri príjme nadmerných dávok molybdénu môže byť teda rizikom aj pre človeka, avšak vyvíja sa veľmi zriedkavo.

Interakcia molybdénu s meďou sa v súčasnosti využíva v liečbe Wilsonovej choroby – porucha metabolizmu medi, kedy dochádza k jej nadmernému hromadeniu v organizme. Podávanie molybdénu znižuje podiel voľnej medi v krvi, a tým bráni jej ukladaniu do tkanív a toxicite.

Zdroje údajov v anglickom jazyku

• pubchem.ncbi.nlm.nih.gov - Molybdenum
• britannica.com - Molybdenum
• ncbi.nlm.nih.gov - Molybdenum, Janet A Novotny, Catherine A Peterson
• sciencedirect.com - Molybdenum, Jonas Tallkvist, Agneta Oskarsson
• pubmed.ncbi.nlm.nih.gov - Molybdenum cofactor and human disease, Guenter Schwarz
• pubmed.ncbi.nlm.nih.gov - Metabolism of molybdenum, Ralf R Mendel
• pubmed.ncbi.nlm.nih.gov - Cell biology of molybdenum, Ralf R Mendel
• lpi.oregonstate.edu - Molybdenum
• multimedia.efsa.europa.eu - Dietary Reference Values for the EU