Was beim Eisentransport auf molekularer Ebene geschieht

Eisen liegt in biologischen Systemen in zwei Oxidationsstufen vor: als zweiwertiges Eisen (Fe²⁺) und als dreiwertiges Eisen (Fe³⁺). Der Übergang zwischen diesen beiden Formen ist für den geordneten Transport des Elements im Körper von Bedeutung, da das Transportprotein Transferrin ausschließlich dreiwertiges Eisen bindet.

Kupfer in der Rolle des Oxidationskatalysators

Ceruloplasmin, ein kupferhaltiges Glykoprotein im Blutplasma, katalysiert die Oxidation von Fe²⁺ zu Fe³⁺. Dieser Vorgang wird als Ferroxidase-Aktivität bezeichnet. Pro Molekül Ceruloplasmin sind sechs Kupferatome gebunden, die an der Elektronenübertragung beteiligt sind. Ohne ausreichend Kupfer kann Ceruloplasmin seine Ferroxidase-Funktion nicht ausüben, und Eisen verbleibt in der zweiwertigen Form.

In der Leber wird Kupfer in das Apoprotein Apoceruloplasmin eingebaut, woraus das funktionsfähige Holoceruloplasmin entsteht. Dieser Zusammenbau ist abhängig von der Kupferverfügbarkeit im Hepatozyten.

Vom Enterozyt ins Blutplasma: die Aufgabe der Ferroxidasen

Im Darm wird Eisen aus der Nahrung von den Enterozyten aufgenommen. Der Export aus der Zelle erfolgt über das Membranprotein Ferroportin. Doch bevor das Eisen an Transferrin binden kann, muss es oxidiert werden. Diese Aufgabe übernimmt Hephaestin — ein membrangebundenes Kupferenzym, das an der basolateralen Seite des Enterozyten sitzt. Hephaestin ist strukturell mit Ceruloplasmin verwandt und enthält ebenfalls Kupfer als Kofaktor.

Der kupfervermittelte Oxidationsschritt ist somit an zwei anatomisch verschiedenen Stellen maßgeblich: im Darmepithel (Hephaestin) und im Blutplasma (Ceruloplasmin).

Ein Spurenelement mit dokumentiertem Beitrag zum Eisenhaushalt

Kupfer (chemisches Symbol Cu, vom lateinischen cuprum) gehört zu den essenziellen Spurenelementen. Der menschliche Körper enthält insgesamt etwa 80–120 mg Kupfer, wobei die höchsten Konzentrationen in Leber, Gehirn und Nieren zu finden sind.

Die Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA) hat den Zusammenhang zwischen Kupfer und dem normalen Eisentransport im Körper wissenschaftlich bewertet. Auf Basis dieser Bewertung hat die EU-Kommission eine gesundheitsbezogene Angabe zugelassen, die auf dem Beitrag von Kupfer zum Eisentransport beruht.

Dieser Beitrag lässt sich biochemisch auf die Ferroxidase-Aktivität kupferhaltiger Enzyme zurückführen, die oben und im Leitfaden ausführlich beschrieben wird.