Spurenelement mit Schlüsselfunktion

Von den Enterozyten wird das Eisen in die Blutbahn abgegeben. Zu diesem Zweck existiert auf der basolateralen Seite der Zellen das Transportprotein Ferroportin 1. Gleichzeitig erfolgt wiederum ein Valenzwechsel des Eisens in die dreiwertige Form. Diese Oxidation wird durch die transmembranäre kupferhaltige Ferroxidase Hephästin bewirkt. Ein ausreichender Kupfer-Ernährungsstatus ist deshalb für den Eisenstoffwechsel zwingend notwendig.

Das nun dreiwertige Eisen wird von Transferrin im Blut zu den Zielzellen gebracht. Als Apotransferrin in der Leber gebildet kann es dreiwertige Eisenionen aufnehmen (Grafik). In der Regel sind 15 bis 45 Prozent der Transferrin-Proteine im Plasma mit Eisen beladen. Bei Eisenmangel oder -überladung sind die Transferrin-Beladungskapazitäten verändert.

An den Zielzellen existieren mit TFR1 und TFR2 Transferrin-Rezeptoren, an denen das Transportprotein bindet. Diese Rezeptoren befinden sich auf allen Zellen und werden je nach Eisenbedarf stark reguliert. Ein sehr kleiner Teil von TFR1/2 wird auch proteolytisch von der Zellmembran gespalten. Es entstehen im Blut zirkulierende lösliche Transferrin-Rezeptoren. Sie stellen ein wichtiges diagnostisches Kriterium dar, da sie die Expressionsrate auf den Zellen widerspiegeln.

Vor allem Zellen der Erythropoese zeigen aufgrund ihres hohen Eisenbedarfs hohe Rezeptor-Expressionsraten. Aber auch Hepatozyten und Makrophagen, die klassischen Speicherzellen für Eisen, sind in der Lage, Eisen über diese Rezeptoren aufzunehmen. Dabei wird nach Bindung von bis zu vier Molekülen Transferrin an einen Rezeptor die endosomale Internalisierung des gesamten Komplexes sowie die Loslösung des Eisens vom Transferrin bei erniedrigten pH-Werten im Endosom hervorgerufen. Der auch in den Endosom-Membranen vorkommende Eisentransporter DMT-1 ermöglicht die Überführung des Eisens aus den Endosomen in das Zytoplasma der Zellen.

Für die Speicherung des Eisens in Hepatozyten und Makrophagen ist das Speicherprotein Ferritin zuständig. Hierbei handelt es sich um einen löslichen Depot-Eisen-Komplex, der aus einem Eisen(III)oxidhydroxid-Kern besteht. Dieser ist von einer Proteinhülle aus 24 Untereinheiten umgeben und schützt damit die Zelle vor toxischen Eiseneffekten. 2.000 bis 4000 dreiwertige Eisenionen können in einem Ferritin-Molekül enthalten sein.

Obwohl sich das meiste Ferritin innerhalb der Zellen befindet, ist die Ferritin-Konzentration im menschlichen Blutplasma ein aussagekräftiges Kriterium für den gesamten Eisenspeicher des Organismus. Ein Abbauprodukt des Ferritins stellt das Hämosiderin dar. Im Gegensatz zu Ferritin handelt es sich um einen wasserunlöslichen Eisen-Protein-Komplex, den man vor allem in Makrophagen des Knochenmarks, der Leber und der Milz finden kann.

Circa 1 mg/Tag an Eisen geht via Schweiß sowie abgeschilferte Haut- und Darmzellen verloren. Mit der Expression von DMT-1 in proximalen Nierentubuli und den Sammelrohren wäre eine renale Ausscheidungsmöglichkeit zwar vorhanden, doch spielt diese durch vollständige Rückresorption des Eisens keine Rolle.

Für ein effizientes Recycling des Eisens sind vor allem die Makrophagen der Milz, Leber und des Knochenmarks verantwortlich, die gealterte Erythrozyten phagozytieren und das Eisen nach dem Hämoglobin-Abbau wiedergewinnen. Das freigesetzte Eisen wird von den Makrophagen entweder in Form des Ferritins und Hämosiderins gespeichert oder über Ferroportin-1 nach außen zur Bindung an Transferrin abgegeben. Circa 20 bis 25 mg Eisen werden auf diese Weise täglich recycelt.