Eisen

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Eisen ist das Element Nummer 26 im Periodensystem. Es hat ein molares Gewicht von von 55,85 und gehört zu den Nebengruppenelementen. So wie jedes andere Nebengruppenelement ist Eisen ein Metall.

Allgemein[Bearbeiten]

Eisen wird großtechnisch durch den Hochofenprozess gewonnen. Kann aber durch Beimischung anderer Metallzusätze recht unterschiedliche Eigenschaften erhalten.

Eisen im menschlichen Körper[Bearbeiten]

Die Aufnahme von Eisen kann erst nach einer Reduktion zu Fe2+ erfolgen. Nahrungseisen liegt meist dreiwertig vor. Das 2-wertige Eisen kann über den DMT 1 (Divalenter Metalltransporter) ins Innere der Enterocyten gelangen. Dort wird es entweder im zellulären Ferritin-Pool gespeichert oder über Ferroportin auf der basolateralen Seite ausgeschleust. Hephaetin oxidiert das 2-wertige Eisen wieder. Transportiert wird es mithilfe von Transferrin (Tf).
Endocytose von Transferrin (Tf) in Zellen. Es folgt die Abschnürung eines Vesikels. Das Innere des Vesikels wird durch Protonenpumpen angesäuert und das Fe3+ verliert seine Affinität für das Transferrin. Nach einer Reduktion zu Fe2+ verlässt das Ion das Lysosom durch einen Divalent-Metal-Transporter. Anschließend kann es entweder im Ferritin Eisen-Pool gelagert oder in Häm eingebaut werden.

Der Gesamtbestand an Eisen liegt bei 2,2 - 3,8 g, wobei das meiste auf Leber, Milz und Knochenmark entfällt. Je nach Aufgabe ist es 2- oder 3-fach positiv geladen. Eisen ist ein essentielles Element sowohl in Mensch und Tier als auch in Pflanzen. Ca, 74 % des Eisens ist in Hämoglobin, Myoglobin, Häm-Eisenenzymen (= Cytochrom) und Nicht-Häm-Enzymen (= FeS-Cluster) an Redoxreaktionen beteiligt.
Die restlichen 24 % befinden sich entweder im Ferritin-Speicher, der bis zu 4000 Fe-Atome aufnehmen kann oder bilden Ablagerungen in Form von Hämosiderin (= Bruchstücke von Ferritin, häufig in Makrophagen zu finden. Haben keine physiologische Funktion mehr).

Aufgaben[Bearbeiten]

Eisen ist an vielen Redoxreaktionen beteiligt. Es kann Redoxreaktionen katalysieren oder Sauerstoff übertragen: Monooxygenasen (CYP 450 übertragen 1 O-Atom); Diixygenasen übertragen O2.
Eisenproteine sind am Sauerstofftransport und -speicherung beteiligt. Die Affinität von Sauerstoff zum Myoglobin ist höher als die zum Hämoglobin. Das ist aber auch verständlich, wenn man sich vor Augen führt, das der Körper Sauerstoff von der Lunge in jedes Gewebe bringt und dafür viel Energie aufbringen muss. Es wäre unwirtschaftlich den Rückweg leichter zu machen als den Hinweg. Des Weiteren sind Eisenproteine aber auch am Transport von Elektronen beteiligt (Cytochrome und FeS-Proteine).
Eisen aus tierischen Lebensmittel liegen vorwiegend dreifach positiv vor. Die Resorption ist matrixabhängig. Coffein beispielsweise komplexiert Eisen während Vitamin C die Aufnahme steigert (wirkt reduzierend auf Eisen). Tierisches Eisen wird leichter aufgenommen als pflanzliches.
An der Mucosa wird das 3-wertige Eisen durch membranaufgelagertes Cytochrom b reduziert. Dieses kann dan durch Divalente Metalltranporter (DMT 1) in die Enterocyten transportiert werden. Hier wird es entweder dafür genutzt die Speicher (Ferritin) aufzufüllen, oder aber es wird auf der basolateralen Membran durch Ferroportin ausgeschleust. Da 2-wertiges Eisen zu reaktiv ist, wird es durch membranangelagertes Hephaestin wieder oxidiert und mithilfe von Transferrin (Tf) im Blut transportiert.
Ferritin ist ein Proteinkomplex, der bis zu 4000 Fe3+-Ionen einlagern kann.
Trifft das mit 2 Eisenionen beladene Transferrin auf einen geeigneten Rezeptor (TfR) an der Zellmembran wird durch die Bindung die Endocytose eingeleitet. Einmal im inneren der Zelle wird das Transferrin in einem Vesikel (= Lysosom) abgeschnürt. Protonenpumpen säuern das Innere des Lysosoms an und das Eisen verliert seine Affinität für Transferrin. Die Ferrinreduktase reduziert wieder zu Fe2+. Dieses wird über den DMT 1 ins Cytoplasma der Zelle transportiert. Hier erfolgt dann entweder die Einlagerung in Ferritin oder den Einbau des Eisens an geeigneter Stelle (Cytochrome, Häm etc.).

Besonderheiten[Bearbeiten]

Der Körper ist nicht in der Lage überschüssiges Eisen wieder auszuschleusen. Die Homöostase (Zellgleichgewicht) kann nur über die Aufnahme reguliert werden.

  • Das eisensensorische Bindungsprotein c-Aconitase hat einen instabilen 4Fe-4S-Cluster im Inneren. Sinkt die Eisenkonzentration ab, wird der Komplex noch instabiler und dissoziiert. Dadurch verändert sich, wie immer bei Proteinen, die Konformation. Nun wird m-RNA anstelle von Eisen gebunden. Die ist eine Regulation auf Translationsebene. Zwei unterschiedliche m-RNA-Stücke können binden: Transferrin-Rezeptor-m-RNA oder Ferritinsynthase-m-RNA und Aminolaevulinsäure-Dehydrase-m-RNA.

Die Transferrin-Rezeptor-m-RNA führt zu einer vermehrten Bildung der TfRereptoren in der Membran. Die 2. Möglichkeit hemmt die Ferritin- und die Häm-Synthase. Steigt die Eisenkonzentration wieder an, wird die m-RNA abgebaut.

  • Regulation im Darm: Eine vermehrte Eisenzufuhr blockiert die Resorption im Darm. Der Schleim im Dünndarm wird in den Brunner'schen Krypten gebildet. Diese stehen in direkter Verbindung mit dem Transferrinrezeptor und können so die Eisenaufnahme senken.
  • Die Regulation kann aber auch mit der Erythrocytenbildung erfolgen. Es wird ein löslichen Signalprotein produziert welches sich vom Knochenmark zur Darmschleimhaut bewegt. Dort kann dann die Eisenaufnahme nach Bedarf an neuen roten Blutkörperchen reguliert werden.

Mangelerscheinungen[Bearbeiten]

Zu Verlusten kommt es vor allem bei der Schwangerschaft oder bei der Menstruation. Auch Schnittverletzungen können für einen rapiden Eisenverlust sorgen.
Manchmal ist der Körper nicht in der Lage Eisen zu resorbieren (Fehlernährung oder Malaborption).
Leichte Magelerscheinungen zeigen sich durch reduzierte physische und psychische Belastbarkeit oder Hypochromie (Blut ist aufgrund des Eisenmangels weniger rot). Ein schwerer Mangel zeigt sich durch Atrophie der Mundschleimhaut, Zunge und Darmschleimhaut.

Überzufuhr[Bearbeiten]

Heriditäre Hämochromatose bezeichnet eine Störung im Eisenstoffwechsel bei der es zur erhöhten Resorption in den Enterocyten kommt. Die negative Regulierung von Ferroportin ist gestört.
Zu einer Sekundären Eisenüberladung kann es durch Bluttransfusionen oder die Einnahme von Eisenpräparaten kommen. Die Träger der heriditären Chromatose sind besonders empfindlich getroffen.
Eine massive Überladung zeigt sich in Leberzyrrhose, Diabetes und Herzversagen.
Bei einer mäßigen Überladung steigen sowohl Herzinfarkt- als auch das Krebsrisiko.

Rechtliche Situation[Bearbeiten]

In trinkwasser wird ein max. Eisengehalt von 0,2 mg/L toleriert. I.d.R wird Eisen im Mineralwasser entfernt, da es möglich ist das Eisenoxid ausflockt und das Wasser braun wird.
Seit 2006 ist eine Anreichung von Lebensmitteln erlaubt. Dies wird vor allem bei Cerealien genutzt. Der Nutzen dieser Anreicherung ist umstritten. Vor allem Verbraucherzentralen und das BfR beurteilen die Anreicherung kritisch, da Herz-Kreislauf-ERkrankungen, Diabetes und Krebs mit einer Überversorgung mit Eisen in Zusammenhang gebracht wird. Das risiko liege vor allem bei Kindern.
Auch ein Zusatz für technologische Zwecke ist erlaubt. Beispiele: Farbstoffe, Dunkelung von Olivenöl.

Nahrungsergänzungsmittel[Bearbeiten]

Eisen in Form von Nahrungsergänzungsmitteln ist häufig mit Vitamin C versetzt, was eine gesteigerte Aufnahme bewirkt. Es ist eine Höchstmenge von 5 mg/Tagesration erlaubt. Eisen wird in Form von Eisenfumarat, -gluconat, -sulfat, oder -lactat verabreicht.
Grundsätzlich sollte aber gesagt sein, das man Nahrungsergänzungsmittel nur bei einer medizinischen Indikation verwenden sollte. Das BfR hat 2004 die Empfehlung gegeben kein Eisen zu supplementieren, es sei denn es besteht medizinischer Bedarf.
In Industrienationen gilt die Versorgung mit Eisen als gesichtert durch normale Lebensmittel.

Qualitativer Nachweis[Bearbeiten]

Urotropin-Gruppe