Hämoglobin, Ferritin, Transferrin: drei Eiweiße, ein Metall

Sauerstoff reist nicht allein durch das Blut

Sauerstoff löst sich schlecht in Wasser. Wäre das Blutplasma der einzige Träger, könnte ein Liter Blut nur etwa drei Milliliter Sauerstoff mitführen — zu wenig, um einen ruhenden Menschen über eine Minute zu bringen. Tatsächlich transportiert derselbe Liter rund zweihundert Milliliter. Den Unterschied macht ein Eiweiß, das ohne ein Metallatom nicht funktionieren würde.

Hämoglobin besteht aus vier Untereinheiten. Jede von ihnen umschließt eine flache, ringförmige Struktur, das Häm, und in dessen Mitte sitzt ein einzelnes Eisenatom. Vier Untereinheiten, vier Häm-Gruppen, vier mögliche Sauerstoffmoleküle pro Eiweiß.

Der Eisenkern im Häm und was er mit Sauerstoff macht

Das Eisenatom im Häm liegt zweiwertig vor und wird von vier Stickstoffatomen des Porphyrinrings in der Ebene gehalten. Senkrecht dazu bleiben zwei Bindungsstellen frei: die eine besetzt ein Histidin der Proteinkette, die andere nimmt Sauerstoff auf. Bemerkenswert daran ist, dass diese Aufnahme keine Oxidation ist — das Eisen bleibt zweiwertig, der Sauerstoff wird gebunden und in der Körperperipherie wieder abgegeben. Fachlich heißt der Vorgang deshalb Oxygenierung.

Sobald die erste Untereinheit Sauerstoff gebunden hat, verändert sich die Gestalt des gesamten Moleküls leicht, und die drei übrigen Bindungsstellen nehmen Sauerstoff bereitwilliger auf. Im säurereicheren Milieu arbeitender Muskulatur läuft derselbe Mechanismus rückwärts: das Eiweiß gibt Sauerstoff dort ab, wo er gebraucht wird.

Das Knochenmark ersetzt täglich rund 200 Milliarden rote Blutkörperchen

Ein Erythrozyt lebt etwa 120 Tage. Danach wird er in Milz und Leber abgebaut, das enthaltene Eisen jedoch nicht ausgeschieden, sondern von Fresszellen zurückgewonnen und über das Transportprotein Transferrin erneut ins Knochenmark geliefert. Rund 25 Milligramm Eisen kreisen auf diesem Weg täglich, während aus der Nahrung nur ein bis zwei Milligramm hinzukommen.

Damit aus einer Stammzelle ein reifer roter Blutkörper wird, sind mehrere Teilungsschritte nötig. Die Erythropoese gehört zu den teilungsfreudigsten Vorgängen des Organismus überhaupt.

Warum das Metall zwischen zwei Ladungszuständen pendelt

Außerhalb des Hämoglobins nutzt der Körper genau die Eigenschaft, die im Häm unerwünscht wäre: Eisen kann ein Elektron abgeben und wieder aufnehmen, also zwischen der zwei- und der dreiwertigen Form wechseln. In den Mitochondrien reihen sich Proteine aneinander, die diesen Wechsel nacheinander vollziehen und dabei Elektronen weitergeben wie Eimer in einer Kette. Zwei Bautypen kommen vor: Eisen-Schwefel-Cluster und Häm-Gruppen in den Cytochromen.

Aus dem dabei aufgebauten Protonengefälle formt die ATP-Synthase den Energieträger, den jede Zelle für ihre Arbeit abruft.

Ein Metall, das der Körper hartnäckig festhält

Im Körper einer erwachsenen Person stecken drei bis fünf Gramm Eisen — weniger, als ein Esslöffel Salz wiegt. Etwa zwei Drittel davon sind im Hämoglobin gebunden, ein weiterer Teil liegt als Ferritin in Leber, Milz und Knochenmark auf Vorrat, kleinere Mengen finden sich im Myoglobin der Muskulatur und in einigen Dutzend Enzymen.

Anders als etwa Natrium oder Kalium besitzt Eisen keinen aktiven Ausscheidungsweg. Verloren geht es fast ausschließlich passiv: mit abgeschilferten Darm- und Hautzellen, über Haare und Nägel, bei Blutverlusten. Zusammen sind das etwa ein Milligramm am Tag. Weil der Ausgang so schmal ist, sitzt die Steuerung am Eingang — das Leberhormon Hepcidin bestimmt, wie viel Eisen die Darmwand überhaupt ins Blut weitergibt.

Titanitfeld geht diesem Haushalt Schritt für Schritt nach: welche Mengen sich wo befinden, welche Zahlen die europäischen Referenzwerte nennen und welche vier Sätze zu Eisen in der Europäischen Union überhaupt gesagt werden dürfen. Wo eine Zahl genannt wird, steht dabei, woher sie stammt.