Hunderte, wenn nicht Tausende von Proteinen benötigen Metall-Cofaktoren für ihre Aktivität und Stabilität. Eisen und Zink sind die häufigsten Metalle in der Zelle, gefolgt von Kupfer und Mangan und zu einem geringeren Teil, Cobalt, Nickel und Molybdän. Aus diesem Grund ist es wichtig, auch die intrazellulären Transport- und Verteilungssysteme der Metalle zu kennen. US-Wissenschaftler beschäftigten sich in einem Fachartikel mit der Verteilung und Verwendung von Eisen in der Zelle. Die Hauptmenge des Eisens, das durch die Zellmembran aufgenommen wird, kommt in einen Pool, den man als labilen Eisenpool bezeichnet. Das meiste Eisen, das in diesem Pool gesammelt wird, geht dann in die Mitochondrien, wo es in verschiedene Eisenzentren und so genannten Eisen-Schwefel-Cluster eingebaut wird.

Das Eisen im labilen Eisenpool besteht hauptsächlich aus zweiwertigen Eisenionen. Aus diesem Grund müssen die Liganden für die Eisenionen auch eine Affinität zu Fe2+ haben. Aus chemischen Gründen kommen hierfür nur Citrat, Cystein und reduziertes Glutathion in Frage. Eine Analyse dieser potenziellen Liganden hat gezeigt, dass eigentlich nur Eisen-Glutathion-Komplexe in diesem Zusammenhang eine wesentliche Rolle spielen, da reduziertes Glutathion in relativ hohen Konzentrationen in der Zelle vorliegt. Außerdem hat Glutathion nur eine moderate Affinität zu Eisen, wodurch dann auch eine Eisenmobilisierung wiederum möglich ist. Eine starke Verminderung der zellulären Glutathionspiegel führte zu einer Verminderung der Aktivität verschiedener eisenhaltiger Enzyme, die teilweise wieder durch eine Eisengabe ausgeglichen werden konnte. Die vorhandenen Studien zeigen also, dass Eisen-Glutathion-Komplexe eine zentrale Rolle für die Eisenverteilung und -verwendung der Zelle spielen.

Für den Eisentransport in der Zelle spielen die Glutaredoxine eine große Rolle. Die Glutaredoxine sind ebenfalls schwefelhaltige Proteine, die eng mit dem Glutathionstoffwechsel verbunden sind. Die Glutaredoxine sind erforderlich für den Transport der so genannten Eisen-Schwefel-Cluster. Verschiedene Enzyme in den Mitochondrien enthalten diese Eisen-Schwefel-Cluster, die für die Energiebildung in der Zelle eine große Bedeutung haben.

Referenz:
Caroline C et al.: Special delivery: distributing iron in the cytosol of mammalian cells; Front Pharmacol. 2014 Jul 22;5:173.

Kommentar:
Dieser Fachartikel zeigt eindrucksvoll, dass schwefelhaltige Verbindungen eine zentrale Rolle für den Eisenstoffwechsel in der Zelle spielen, so dass bei einer Eisentherapie auch abgeklärt werden sollte, wie hoch die Cystein- und Glutathionspiegel sind.

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