Im zweiten Teil zum Thema Eisen geht es um den Eisenstoffwechsel, von Absorption über Speicherung bis zur Verteilung im Körper. Denn Eisen ist nicht gleich Eisen und auch die Regulation des Eisenstoffwechsels ist ein sehr komplexer Vorgang. In diesem Artikel sollen daher die grundlegendsten Mechanismen des Eisenmetabolismus dargestellt werden.
Der Eisenbestand im Körper von Erwachsenen beträgt etwa 3-5 Gramm. Das meiste Eisen (65%) befindet sich an Hämoglobin (Hb) gebunden in den Erythrozyten. Ca. 20 % liegen gebunden an Speicherproteine (Ferritin, Hämosiderin) vor. Der Rest entfällt auf Transportformen, eisenhaltige Enzyme und andere Moleküle ([2], S. 967).
Wie wird Eisen im Körper aufgenommen?
Der Hauptabsorptionsort von Eisen ist das Duodenum. Die durchschnittliche Absorptionsrate von Eisen aus der Nahrung beträgt etwa 10% und ist abhängig vom Versorgungszustand des Organismus. Ist er niedrig, kann die Absorptionsrate auf bis zu 40% ansteigen ([2], S. 967).
Das Eisen in der Nahrung liegt hauptsächlich als Fe3+ vor. Säuren, wie die Magensäure, helfen bei der Aufspaltung der Eisenverbindungen. Da Eisen in zweiwertiger Form besser aufgenommen werden kann, muss es durch Enzyme wie die duodenale Ferrireduktase (DcytB) oder andere Substanzen wie organische Säuren (H+) reduziert werden. Die Aufnahme von anorganischem Eisen erfolgt an der Dünndarmmucosa über einen divalenten Metallionen-Transporter (DMT1). Wie die Aufnahme von Häm-Eisen erfolgt, ist noch nicht vollständig verstanden. Die intrazelluläre Häm-Oxigenase setzt das Eisen aus dem Porphyrin-Gerüst frei, sodass es es anschließend wie freies Eisen z.B. an Ferritin gebunden werden kann ([2], S. 967).
Good to know: Von der geschätzten täglichen Zufuhr von 10-15 mg Eisen durch die Nahrung wird nur ein kleiner Teil von 0,5-2,0 mg tatsächlich im Dünndarm aufgenommen ([1], S. 236). Um die Verluste von 0,5-2 mg/ Tag zu kompensieren, muss bei einer durchschnittlichen Absorptionsrate von 5- 10% die Eisenzufuhr über die Nahrung das 10 – 20fache betragen ([2] S. 977).
Wie und wo wird Eisen gespeichert?
Das aufgenommene Eisen wird in der Zelle an Ferritin gebunden und bildet so die Speicherform von Eisen ([2], S. 967). Es verbleibt entweder dort, wird für intrazelluläre Prozesse verwendet oder ins Blut exportiert ([2], S.968). Gewebe mit einem hohen Eisenumsatz sind das Knochenmark und die Milz. Auch Leberzellen, Makrophagen und die Plazenta nehmen Eisen auf ([2], S. 969).
Der Export aus der Mucosazelle erfolgt via Ferroportin (FPN). Mit Hilfe von Hephastein wird das Fe2+ noch an der Membran zu Fe3+ oxidiert ([2], S. 968).
In dieser Form kann es an Transferrin (Tf), das Transportmolekül für Eisen im Blut, gebunden werden. Zwei Moleküle Fe3+ binden an ein Molekül Transferrin. Das gesamte Transferrin ist normalerweise nur zu etwa 20-40 % mit Eisen beladen (gesättigt). So gibt es Reservekapazität für den Transport weiteren Eisens. Ab einer Transferrinsättigung von 60% kommt es zu einer Eisenüberladung des Organismus und zur Anreicherung von Eisen im Plasma und Gewebe wie dem Parenchym der Leber ([2], S. 969)
Aus dem Blut gelangt das Eisen über den Transferrinrezeptor in die Zellen der Leber und wird dort in Endosomen oxidiert. Über DMT1 gelangt das Fe2+ ins Zytosol und von dort via Ferroportin ins Blut. Caeruloplasmin reduziert das Eisen, damit es wieder an Transferrin gebunden werden kann.
In welchen Formen kommt Eisen im Körper vor?
Der Eisenbestand im Körper von Erwachsenen beträgt etwa 3-5g. Das meiste Eisen (65%) befindet sich an Hämoglobin gebunden in den Erythrozyten. Ca 20% liegen gebunden an Speicherproteine (Ferritin, Hämosiderin) vor. Der Rest entfällt auch Transportformen, eisenhaltige Enzyme und andere Moleküle ([2], S. 967).
Wie wird der Eisenstoffwechsel reguliert?
Es gibt kaum Ausscheidungsmechanismen für Eisen aus dem Körper. Die Kontrolle der Aufnahme an der Darmmucosa ist daher sehr wichtig, da zu viel Eisen im Rahmen der bereits erwähnten Fenton-Reaktion zu Zellschäden führen kann ([2], S. 967).
Reguliert wird die Eisenaufnahme durch die Expression der dabei beteiligten Enzyme bspw. In Form von sogenannte Iron Responsive Elements (IRE) die an bestimmte RNA-Segmente binden und so die Translation von Genabschnitten fördern oder hemmen ([2], S. 975 f).
Bei erhöhten Eisenspiegeln wird Hepcidin von der Leber gebildet und ausgeschüttet. Es bindet an Ferroportin und führt zu dessen Abbau. Dadurch kann kein Eisen mehr exportiert werden. Bei einem Eisenmangel wird die Produktion von Hepcidin gehemmt. Bei der erblichen Krankheit Hämochromatose liegt ein Defekt der Hepcidinproduktion oder -wirkung vor und es kann zu einer Eisenüberladung kommen ([2], S. 968, 971).
Eine kontrollierte Eisenauscheidung findet nur in sehr geringer Menge (1-2 mg / Tag) statt. Die Abgabe erfolgt vor allem durch Abschilfern von Darmepithel, sowie Galle, Haut, Schweiß und Urin ([2], S. 977).
Was passiert, wenn der Körper nicht genug Eisen aufnimmt oder es zu einer zu starken Anreicherung mit Eisen kommt? In unserem letzten Teil werden wir uns genau damit beschäftigen.
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Quellen
Biesalski, H.-K., Grimm, P., & Nowitzki-Grimm, S. (ca. 2020). Taschenatlas Ernährung (8., vollständig überarbeitete Auflage) [Cd]. Georg Thieme Verlag. Doi: 10.1055/b-006-162309
[2] Matthias Müller, Lutz Graeve, & Peter C. Heinrich. Löffler/Petrides Biochemie und Pathobiochemie (10. Auflage). Springer Berlin Heidelberg, 2022.