Kupfer · Eisen
Wissenschaftliche Fakten zu 2 Mineralien — gemäß EU-Verordnung (EU) Nr. 432/2012
Zum LehrblattDer Ausgangspunkt dieser Seite ist ein Widerspruch, der sich in Zahlen fassen lässt: Ein erwachsener Mensch führt drei bis vier Gramm Eisen mit sich. Frei gelöst könnte davon bei dem pH-Wert, den Blut und Gewebewasser haben, praktisch nichts vorliegen.
Eisen tritt im Körper in zwei Ladungszuständen auf. Die zweiwertige Form lässt sich in Wasser noch ganz gut halten. Die dreiwertige nicht: Sobald Sauerstoff im Spiel ist und der pH-Wert bei 7,4 liegt, bilden Eisen(III)-Ionen mit Hydroxidgruppen Verbindungen, die ausfallen. Die rechnerische Gleichgewichtskonzentration für frei gelöstes Eisen(III) bewegt sich unter diesen Bedingungen in einer Größenordnung von etwa 10-18 Mol je Liter — eine Zahl, die man sich schlecht vorstellen kann und die im Ergebnis heißt: nichts.
Genau deshalb kommt Eisen im Blut nicht als loses Ion vor. Es wandert von Bindungsstelle zu Bindungsstelle, und an jeder Übergabe steht ein Eiweiß, das es aufnimmt, bevor das vorherige es loslassen kann. Das gilt an der Darmwand, das gilt im Plasma und das gilt in der Zelle, die es am Ende einbaut. Die Wegstrecke ist lückenlos organisiert, weil eine Lücke chemisch nicht zu überbrücken wäre.
Kupfer kommt an dieser Stelle ins Spiel, und zwar nicht als Ersatz und nicht als Begleiter, sondern als Bestandteil der Eiweiße, die den Ladungswechsel vornehmen. Ein Metall, von dem der Körper insgesamt achtzig bis hundertzehn Milligramm führt, sitzt im aktiven Zentrum jener Enzyme, die aus zweiwertigem Eisen dreiwertiges machen — und erst die dreiwertige Form passt in die Bindungstaschen des Transporteiweißes im Blut. Beide Elemente stehen deshalb auf dieser Seite nebeneinander, ohne dass eine Aussage über das eine auf das andere übertragbar wäre.
Der Weg eines Eisenatoms von der Mahlzeit bis in einen roten Blutkörper lässt sich als Folge von Redoxschritten lesen. An drei Stellen wechselt die Ladung, und an zwei davon sind kupferhaltige Eiweiße beteiligt. Die folgenden Abschnitte gehen diese Stellen der Reihe nach durch.
Nahrungseisen, das nicht in einem Hämring steckt, liegt überwiegend dreiwertig vor. An der dem Darminhalt zugewandten Seite der Schleimhautzelle sitzt eine Reduktase, die es zweiwertig macht; erst dann nimmt der zuständige Transporter es auf, denn dieser akzeptiert ausschließlich zweiwertige Metallionen. In der Zelle angekommen, hat das Ion zwei Möglichkeiten: Es wird in Ferritin eingelagert und geht mit der Zelle nach wenigen Tagen verloren, oder es verlässt die Zelle auf der gegenüberliegenden Seite.
Dieser Ausgang ist ein einzelnes Kanaleiweiß, und unmittelbar daneben sitzt ein membrangebundenes Enzym mit Kupferzentren, das Häphaestin heißt. Es oxidiert das austretende Ion in dem Moment, in dem es die Zelle verlässt. Ohne diesen Schritt bliebe das Eisen zweiwertig und fände im Plasma keine Bindungsstelle. Zu diesem Zusammenhang führt die Unionsliste den Satz Kupfer trägt zu einem normalen Eisentransport im Körper bei — Gemäß Verordnung (EU) Nr. 432/2012.
Im Blutplasma übernimmt ein Glykoprotein die gleiche Aufgabe an anderer Stelle. Es gehört zur Fraktion der Alpha-2-Globuline, wiegt rund 132 Kilodalton und trägt mehrere fest gebundene Kupferatome. Ein Teil davon liegt in einer Bindungsgeometrie vor, die Licht im roten Bereich schluckt — deshalb ist die konzentrierte Lösung dieses Eiweißes tiefblau, und deshalb heißt es nach dem lateinischen Wort für himmelblau. Der Farbeindruck ist kein Zufallsbefund, sondern die sichtbare Folge davon, wie das Kupfer dort eingebaut ist.
Funktionell arbeitet dieses Eiweiß als Ferroxidase: Es nimmt Eisen(II) an, gibt die Elektronen an Sauerstoff weiter und stellt Eisen(III) bereit, das ein zweites Transporteiweiß aufnimmt. Dieses zweite Eiweiß hat zwei Bindungstaschen; im Regelfall ist etwa ein Drittel der verfügbaren Plätze besetzt. Zu einem beliebigen Zeitpunkt sind auf diesem Weg nur rund vier Milligramm Eisen unterwegs — wenig gegenüber dem Gesamtbestand, aber diese kleine Menge wird mehrfach am Tag umgeschlagen.
Das Ziel der meisten Lieferungen ist das blutbildende Mark. Dort entstehen täglich rund zweihundert Milliarden neue rote Blutkörperchen, und jeder von ihnen füllt sich mit einem Eiweiß aus vier Untereinheiten. Jede Untereinheit umschließt einen flachen Ring aus vier Stickstoffbausteinen, und in dessen Mitte sitzt ein einzelnes Eisenatom. Der Ring hält das Metall in der zweiwertigen Form fest, auch wenn Sauerstoff daran bindet — eine Besonderheit, die auf der Umgebung im Eiweiß beruht und nicht auf dem Metall allein.
Sauerstoff dockt reversibel an dieses Atom an und wird im Gewebe wieder abgegeben. Vier Bindungsplätze je Molekül, mehrere hundert Millionen Moleküle je Zelle: So kommt die Frachtkapazität zustande, die den Kreislauf trägt. Die europäische Liste fasst diesen Zusammenhang in dem Satz Eisen trägt zu einem normalen Sauerstofftransport im Körper bei — Gemäß Verordnung (EU) Nr. 432/2012.
Am Ende der Fahrt wird der Sauerstoff verbraucht, und auch dort steht Kupfer. In der inneren Membran der Mitochondrien laufen Elektronen über eine Reihe von Komplexen; der letzte dieser Komplexe übergibt sie an Sauerstoff, der dabei zu Wasser wird. Dieser Komplex trägt neben zwei Hämgruppen zwei getrennte Kupferorte — einen mit zwei Kupferatomen an der Eintrittsseite, einen mit einem einzelnen Atom direkt am Ort der Umsetzung. Der weit überwiegende Teil des eingeatmeten Sauerstoffs endet an dieser einen Stelle.
Weil an derselben Membran das Gefälle aufgebaut wird, aus dem die Zelle ihr Adenosintriphosphat gewinnt, führt die Unionsliste zu Kupfer einen zweiten Eintrag: Kupfer trägt zu einem normalen Energiestoffwechsel bei — Gemäß Verordnung (EU) Nr. 432/2012. Er steht für sich und ist von dem Eintrag zum Eisentransport unabhängig, auch wenn beide dasselbe Element betreffen.
Die drei Sätze, die auf dieser Seite zitiert werden, sind einzeln geprüft und einzeln zugelassen worden. Sie gehören jeweils zu einem Element und lassen sich weder zusammenziehen noch auf das andere übertragen. Aus diesem Grund steht hier jedes Element für sich.
Der Gesamtbestand eines erwachsenen Körpers liegt zwischen achtzig und hundertzehn Milligramm; die höchsten Gewebekonzentrationen finden sich in Leber und Gehirn. Im Plasma zirkuliert das Element nahezu vollständig gebunden, der weitaus größte Anteil davon an dem blauen Glykoprotein. Kakaopulver, Cashewkerne, Sonnenblumenkerne und Innereien gehören zu den ergiebigen Quellen; die Aufnahmequote im Darm passt sich der Zufuhr an. Zwei der drei hier zitierten Sätze betreffen dieses Element.
Gemäß Verordnung (EU) Nr. 432/2012
Gemäß Verordnung (EU) Nr. 432/2012
Drei bis vier Gramm verteilen sich auf wenige große Posten: etwa zwei Drittel im roten Blutfarbstoff, ein weiterer Teil in den Speichereiweißen von Leber, Milz und Mark, ein kleiner Rest in Enzymen und im Muskelfarbstoff. Täglich werden rund zwanzig bis fünfundzwanzig Milligramm aus abgebauten Blutzellen wiederverwendet, während die Nahrung nur ein bis zwei Milligramm netto beisteuert. Der Kreislauf ist also weit größer als der Nachschub.
Gemäß Verordnung (EU) Nr. 432/2012
Die ausgearbeitete Fassung nimmt jede Station einzeln vor: den Transporter an der dem Darminhalt zugewandten Membran, das Kupferenzym an ihrer Rückseite, das Plasmaeiweiß mit seiner Ferroxidase-Aktivität und die Zielzellen im Mark. Dazu kommen Gehaltstabellen für beide Elemente, die Referenzwerte der Kennzeichnung im Vergleich zu den Zufuhrempfehlungen und ein Frageteil aus der Leserpost. Ausgeliefert als PDF-Datei.
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