Mineralstoffe

• Bestandteil der Schilddrüsenhormone Triiodthyronin und Tetraiodthyronin (Thyroxin)

Mangelerscheinung: Iodmangelstruma

In Form der Aminosäure Selenocystein Bestandteil von Enzymen

• Glutathion-Peroxidase
• Thyroxin-5'-Deiodase

Mangelerscheinungen: 

• Anämie
• Schuppige Haut
• Nagelveränderungen

Sie ist sowohl Kupfer- als auch Zink-haltig

• Bedarf: Ca. 10 mg pro Tag 
• Menge und Verteilung im Organismus
  • Menge: 5–7 g
  • Verteilung: Hämoglobin (ca. 70%), Myoglobin (ca. 10%), Ferritin/Hämosiderin (ca. 15%), Rest: Enzyme, Transferrin, Cytochrome
• Eisen in der Nahrung
  • Quellen: Pflanzliche und tierische Nahrungsmittel, besonders Leber, Weizenkleie, Kürbiskerne, Sesam, Quinoa, Amaranth
  • Vorliegen: Gebunden an Nahrungsproteine (Hämoglobin, Myoglobin)

Reduzierende und antioxidative Substanzen (wie z.B. Ascorbinsäure) erleichtern die Resorption des Eisens, Komplexbildner (wie z.B. Gerbstoffe in Tee und Kaffee) behindern sie.

Die Enterozyten nehmen bevorzugt Fe2+ auf, können aber auch Fe3+ aufnehmen

• Magen: Herauslösen des Eisens aus seiner Proteinbindung durch HCl und Pepsin

Aufnahme im Darm: Im Darm gibt es drei verschiedene Resorptionswege für Eisen, so kann Eisen zum einen als freies Ion, als auch Häm-gebunden (hierdurch effizienteste Resorption möglich) aufgenommen werden. 

1. DMT1-(Divalent Metal Transporter 1)Weg: Resorption von Fe2+ mittels eines H+-gekoppelten Transports 
2. HCP-1-(Häm-Carrier-Protein-1‑)Weg (auch kurz: Häm-Weg): Resorption von Häm-gebundenem Eisen über den Häm-Transporter HCP-1
3. MIP-(Mobilferrin-Integrin-Pathway‑)Weg: Resorption von Fe3+

An Mobilferrin

Eisentransport im Blut: Eisen wird im Blut als Transferrin transportiert

• Bildung des Transferrins
  1. Abgabe von Fe2+ mittels Ferroportin aus den Enterozyten ans Blut
  2. Oxidation zu Fe3+ durch Hephästin
  3. Bindung von Fe3+ an das Transportprotein Apotransferrin  Apotransferrin + Fe3+ → Transferrin
     • Normalerweise sind ca. 20–50% des Transferrins mit Eisen beladen

Wenn eine Zelle Eisen benötigt, exprimiert sie vermehrt Transferrinrezeptoren (TfR) an ihrer Oberfläche

Der Großteil des Plasmaeisens (etwa 80%) gelangt ins Knochenmark und wird dort direkt ins Häm eingebaut!

• Hauptspeicherorte: Hepatozyten sowie die retikuloendothelialen Zellen von Knochenmark und Milz
• Speicherformen
  • Ferritin: Fe3+ + Apoferritin 
    • Freisetzung: Die Ferritinreduktase setzt aus Ferritin einzelne Fe2+-Ionen frei
  • Hämosiderin: Proteinkomplex, der Eisenhydroxid (Fe(OH)3) enthält 
    • Freisetzung: Das in Hämosiderin gespeicherte Eisen ist viel schlechter mobilisierbar als das Eisen aus dem Ferritin
      • Siderosomen: Intrazelluläre Granula, die aus Hämosiderin bestehen und sich in der Berliner-Blau-Färbung mikroskopisch darstellen lassen

Eisen entsteht im Körper hauptsächlich beim Abbau des Hämoglobins, der Großteil wird wiederverwertet

• Ausscheidung über den Darm (abgestoßene Epithelzellen), Niere und Schweiß (insg. ca. 1–2 mg pro Tag)

Frauen sind deutlich häufiger von Eisenmangel betroffen als Männer: Bei der Menstruation gehen etwa 10-15mg Eisen zusätzlich verloren, dies kann jedoch im Normalfall problemlos durch eine erhöhte Eisenresorption ausgeglichen werden. In der Schwangerschaft bleibt die Menstruationsblutung zwar aus, der Eisenbedarf steigt aber aufgrund der vermehrten Blutbildung auf etwa das Doppelte an.

Hämosiderin wird zwar zu den Eisenspeicherformen gezählt, tatsächlich scheint es sich aber eher um ein Abbauprodukt von z.B. Hämoglobin zu handeln. Das erklärt auch, warum sich das Hämosiderin-Eisen so schlecht mobilisieren lässt!

Ein Teil des Ferritins wird nicht in den Zellen gespeichert, sondern an das Plasma abgegeben. Dieser Teil ist proportional zum Gesamt-Ferritingehalt. Das Plasmaferritin stellt damit einen Indikator für die Eisenreserven des Organismus dar

• Häm-haltige Enzyme/Proteine
  • Myoglobin (O2-Bindung und Speicherung)
  • Hämoglobin (O2-Transport)
  • Cytochrome der Atmungskette (Elektronentransport)
• Nicht-Häm-Eisen-Enzyme
  • Peroxidase (Entgiftung von Wasserstoffperoxid)
  • Katalase (Entgiftung von Wasserstoffperoxid)
  • Ribonucleotidreduktase (Reduktion von Ribonucleotiden zu Desoxyribonucleotiden)

Regulation der Resorption: Abhängig vom Eisengehalt der Enterozyten (abhängig vom Gesamteisen des Körpers) werden etwa 5-40% des Nahrungseisens im Duodenum resorbiert.

• Mucosablock
• Hepcidin

 Bei Ausschöpfung der Eisenbindungskapazität des Plasmas wird Ferritin-Eisen in den Enterozyten abgelagert → Hemmung der Resorption

Der Eisenexport aus dem Enterozyten ins Blut kann durch das Peptidhormon Hepcidin gehemmt werden, indem es an Ferroportin bindet, woraufhin der Ferroportin/Hepcidin-Komplex in die Zelle aufgenommen und abgebaut wird

• Die Synthese von Hepcidin in der Leber wird daher durch eine erhöhte Eisenkonzentration induziert
• Hepcidin hemmt zusätzlich auch die Ferroportin-abhängige Mobilisierung von Eisen aus den Eisenspeichern der Makrophagen

• mRNAs von Apoferritin und TfR besitzen in der inaktiven Form eine stabile Stem-loop-Struktur, das sogenannte "iron response element" (IRE)
• Die Translation beider wird durch Bindung des sog. "Iron-response-element-binding-protein" (IRE-BP) reguliert
  • Bei ausreichender Eisenkonzentration: IRE-BP bindet Eisen und ist in diesem Zustand als zytosolische Aconitase aktiv 
  • Bei niedriger Eisenkonzentration bindet das IRE-BP an das IRE. Folgen:
    1. Hemmung der Translation von Apoferritin 
    2. Aktivierung der Translation des TfR 

• Bedarf: 1,0–1,5 mg pro Tag
• Menge und Verteilung im Organismus
  • Menge: 100–150 mg
  • Verteilung: Größtenteils in der Leber
• Kupfer in der Nahrung
  • Quellen: Vollkornprodukte, Hülsenfrüchte, Sonnenblumenkerne

• Aufnahme im Dünndarm: Erfolgt energieabhängig (genauer Mechanismus noch nicht geklärt)
• Transport im Blut zur Leber: Gebunden an Albumin und Transcuprein
• Aufnahme in die Hepatozyten: Über den spezifischen Kupfertransporter CTR1 (Cu2+-ATPase)
  • Im Hepatozyten: Reduktion von Cu2+ zu Cu+
• Transport über Wilson-Transporter (ATP7B) in den Golgi-Apparat 
• Speicherung: In Form von Coeruloplasmin in den Leberzellen (Apo-Coeruloplasmin + Cu+ → Coeruloplasmin)
  • Bei Bedarf: Abgabe ins Blut

Über Vesikel in die Galle und somit in den Darm

 Als starkes Oxidationsmittel ist Cu2+ Cofaktor zahlreicher Oxidasen , z.B.:

• Cytochrom-c-Oxidase 
• Lysyl-Oxidase 
• Superoxid-Dismutase 

Kupfer- und Eisenstoffwechsel stehen in engem Zusammenhang - Kupfer wird sowohl für die Eisenresorption als auch für die physiologische Verwertung des Eisens (z.B. Einbau in das Häm) benötigt.

• Bedarf: ca. 10–15 mg pro Tag
• Menge und Verteilung im Organismus
  • Menge: ca. 2–3 g
  • Verteilung: 99% intrazellulär 
• Zink in der Nahrung
  • Quellen: Innereien, Fisch, Meeresfrüchte, rotes Fleisch, Weizen

Resorption und Transport

• Aufnahme im Darm: Über einen energieabhängigen Zink-Transporter 
• Transport im Blut: Gebunden an Albumin
• Aufnahme in die Zielzellen: Über spezifische Zinktransporter (ZnT)

Ca. 10 - 40%

Über Galle und Pankreassekret mit den Fäzes

• Cofaktor von Enzymen z.B. 
  • Dehydrogenasen (z.B. Alkohol-, Glutamat-, Malat- und Lactat-Dehydrogenase)
  • Alkalische Phosphatase
  • Carboanhydrase
  • Superoxid-Dismutase
• Bestandteil von regulatorischen DNA-Bindeproteinen (Zinkfinger ) 
• Komplexbildung mit Insulin 
• Beteiligung bei der Androgensynthese (v.a. Testosteron)

Nein

• Bedarf: Ca. 100–200 μg pro Tag
• Menge und Verteilung im Organismus
  • Menge: Ca. 10–20 mg
  • Verteilung: Ca. 75% befinden sich in der Schilddrüse
• Iod in der Nahrung
  • Quellen: Fisch, Fleisch, Milchprodukte

• Aufnahme im Darm: Parazellulär
  • Transport im Blut: Gebunden an Plasmaproteine
  • Aufnahme in die Zielzellen: Über eine Iodidpumpe (Na+/I--Symport)
• Ausscheidung
  • Anorganisches Iodid: Über die Nieren
  • Iodhaltige Schilddrüsenhormone: Nach Glucuronidierung über die Galle