Element 29 · Erste Nebengruppe
Bevor ein Eisenatom vom Transporteiweiß des Blutes gefasst werden kann, muss es seine Ladungsstufe wechseln. Ausgeführt wird dieser Wechsel von Enzymen, die ein Kupferatom in ihrem aktiven Zentrum tragen. Diese Seite geht dem Vorgang nach.
„Kupfer trägt zu einem normalen Eisentransport im Körper bei“ Gemäß Verordnung (EU) Nr. 432/2012Zum ausführlichen Arbeitsblatt
Der Weg eines Eisenatoms von der Darmwand bis in eine Zielzelle lässt sich in Abschnitte zerlegen. Nur an einem dieser Abschnitte kommt Kupfer vor — und zwar nicht als Fracht, sondern als fester Bestandteil des ausführenden Enzyms.
Am Ende der Aufnahme verlässt das Metall die Darmzelle durch ein einzelnes Ausschleusungseiweiß. Es liegt an dieser Stelle zweifach positiv geladen vor. In dieser Form ist es zwar gut wasserlöslich, aber für das Transporteiweiß des Blutplasmas nicht passfähig: dessen Metallplatz ist auf die höhere Ladungsstufe zugeschnitten.
Kupfer ist ein Spurenelement der ersten Nebengruppe mit der Ordnungszahl 29. Im Körper eines Erwachsenen liegen davon etwa 50 bis 120 Milligramm vor, verteilt vor allem auf Leber, Gehirn, Skelett und Muskulatur. Frei bewegliche Ionen kommen dabei kaum vor; nahezu jedes Atom sitzt an einem Eiweiß gebunden.
Eine Gruppe dieser Eiweiße sind Oxidasen: Enzyme, die einem anderen Teilchen ein Elektron abnehmen und es auf Sauerstoff übertragen. Genau an dieser Stelle berühren sich die Wege der beiden Metalle, und genau dafür führt das europäische Verzeichnis eine einzelne Formulierung:
Gemäß Verordnung (EU) Nr. 432/2012
Erst in der höheren Ladungsstufe rastet das Eisenatom in einer der beiden Taschen des Plasmaeiweißes ein. Die Bindung entsteht nur zusammen mit einem Carbonat-Ion, das gewissermaßen als Gegenstück mit eingebaut wird. Ohne diesen Partner bleibt die Tasche leer, auch wenn Metall in der Umgebung vorhanden ist.
Im Blut sind üblicherweise nur rund 30 Prozent der verfügbaren Taschen besetzt. Diese Reserve hält die Konzentration freier Ionen niedrig — ein Zustand, den der Organismus konsequent vermeidet.
Zellen, die Eisen benötigen, tragen an ihrer Oberfläche Andockstellen für das beladene Transporteiweiß. Der gesamte Komplex wird eingestülpt und in ein saures Bläschen überführt; dort löst sich das Metall wieder ab. Das entleerte Eiweiß kehrt anschließend an die Zelloberfläche zurück und steht für die nächste Runde bereit.
Wer Fachliteratur zum Eisen aufschlägt, stoßt regelmäßig auf ein zweites Element, das dort eigentlich nichts zu suchen scheint. Der Grund liegt in einer chemischen Eigenart: Eisen tritt in zwei Ladungsstufen auf, die sich um ein einziges Elektron unterscheiden, und die beiden Stufen verhalten sich in wässriger Umgebung völlig verschieden.
Der Wechsel zwischen ihnen läuft nicht von allein in der benötigten Geschwindigkeit ab. Er wird von Enzymen besorgt, und die dafür beschriebenen Enzyme tragen Kupferatome. So kommt es, dass ein Kapitel über den Eisenweg an einer bestimmten Stelle das Thema wechselt.
Zweifach positiv geladenes Eisen bleibt bei den pH-Werten des Körperwassers in Lösung. Die dreifach positiv geladene Form tut das nicht: Sie zieht Hydroxidgruppen an sich und bildet schwerlösliche Verbindungen, die ausfallen würden, sobald ihre Konzentration eine Schwelle überschreitet. Rechnerisch liegt die Menge, die in neutralem Wasser gelöst bleiben könnte, weit unter dem, was ein Kreislauf befördern muss.
Der Ausweg besteht darin, das Metall gar nicht erst frei vorliegen zu lassen. Ein Eiweiß mit passgenauen Taschen hält es fest, hält es in Lösung und gibt es nur dort ab, wo eine Andockstelle darauf wartet. Die Bindung an dieses Eiweiß setzt jedoch die höhere Ladungsstufe voraus — und damit ist der Oxidationsschritt kein Nebenumstand, sondern die Bedingung des Übertritts.
An der dem Blut zugewandten Seite der Darmzelle sitzt ein Enzym, das mehrere Kupferatome enthält und in der Membran verankert bleibt. Es nimmt das austretende Metall unmittelbar in Empfang, entzieht ihm ein Elektron und übergibt dieses an molekularen Sauerstoff, der dabei zu Wasser umgesetzt wird. Das Kupferatom selbst geht aus dem Vorgang unverändert hervor: Es nimmt das Elektron im ersten Halbschritt auf und gibt es im zweiten wieder ab.
Weil dieses Enzym ortsfest ist, geschieht die Umsetzung genau dort, wo sie gebraucht wird — am Übergang zwischen Darmwand und Blutbahn und nicht irgendwo im Kreislauf.
Im Plasma selbst wirkt ein zweites, frei gelöstes Enzym derselben Familie. Es trägt sechs Kupferatome je Molekül und führt zugleich den weitaus größten Anteil des im Blut vorhandenen Kupfers mit sich. In der Fachliteratur wird ihm dieselbe Umsetzung zugeschrieben wie dem membrangebundenen Enzym der Darmwand, nur eben an einem anderen Ort und für Metall, das aus Speichergeweben stammt.
Für den beschriebenen Zusammenhang führt das europäische Verzeichnis eine einzige Formulierung. Sie gilt dem Element Kupfer und keinem weiteren, das auf dieser Seite vorkommt:
Gemäß Verordnung (EU) Nr. 432/2012
Verwendbar ist dieser Satz allein für Erzeugnisse, die eine signifikante Menge Kupfer im Sinne der Nährwertkennzeichnung enthalten. Aus der Zulassung der Formulierung folgt keine weitere Aussage; alles Übrige auf dieser Seite ist Beschreibung der Redaktion und hat keinen amtlichen Rang.
Gedruckt umfasst die Ausgabe 62 Seiten. Sie zeichnet den beschriebenen Reaktionsschritt Halbschritt für Halbschritt nach, hinterlegt jeden Zahlenwert dieser Seite mit seiner Fundstelle, erweitert die Lebensmitteltabelle um Angaben zum jeweiligen Analysenverfahren und stellt die Rückfragen mit ausgeführten Antworten ans Ende.
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