Wohin die Nahrung in der Zelle verschwindet

Eine Mahlzeit auf ihrem Weg durch die Zelle

Was wir essen, wird nicht einfach verbrannt wie Holz im Ofen. Die Zelle zerlegt Kohlenhydrate, Fette und Eiweiß in kleine Einheiten und löst daraus in vielen einzelnen Reaktionen Elektronen heraus. Diese Elektronen wandern über eine Reihe von Proteinen in der inneren Membran der Mitochondrien, bis sie am Ende mit Sauerstoff zu Wasser reagieren.

Die dabei frei werdende Energie wird nicht als Wärme verschwendet, sondern zum großen Teil in einem Molekül gespeichert: Adenosintriphosphat, kurz ATP. Genau diese Abfolge – Abbau, Elektronenweitergabe, ATP-Bildung – meint die Biochemie, wenn sie vom Energiestoffwechsel spricht. Es handelt sich um einen chemischen Vorgang, nicht um ein Gefühl.

An mehreren Stellen dieses Geschehens tauchen Spurenelemente als feste Bestandteile von Molekülen auf. Zwei davon stehen auf dieser Seite im Mittelpunkt: Eisen und Jod. Für beide hat die Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA) wissenschaftliche Unterlagen bewertet; die Formulierungen, die daraus hervorgegangen sind, stehen jeweils einzeln in der Verordnung (EU) Nr. 432/2012.

Steckbriefe mit Ordnungszahl

Die beiden Elemente werden nacheinander beschrieben. Jeder Eintrag endet mit dem Satz, der für genau dieses Element zugelassen ist.

1. Eisen · Ordnungszahl 26

   Eisen hat eine Eigenschaft, die es für die Zellchemie brauchbar macht: Es wechselt leicht zwischen zwei Ladungszuständen, Fe²⁺ und Fe³⁺. Bei jedem Wechsel wird genau ein Elektron aufgenommen oder abgegeben. In den Mitochondrien sitzt Eisen deshalb in Proteinen, die Elektronen von Station zu Station weiterreichen – entweder eingebettet in eine Häm-Gruppe oder gebunden an Schwefelatome in sogenannten Eisen-Schwefel-Clustern.

   „Eisen trägt zu einem normalen Energiestoffwechsel bei“

   Gemäß Verordnung (EU) Nr. 432/2012

2. Jod · Ordnungszahl 53

   Jod ist ein Halogen und eines der schwersten Elemente, die der menschliche Organismus überhaupt verwertet. Aufgenommen wird es meist als Jodid-Ion. Im Körper findet man es fast ausschließlich kovalent gebunden an eine Aminosäure-Struktur, aus der die Iodthyronine entstehen – Moleküle mit drei oder vier Jodatomen, deren Signal bis in den Zellkern reicht.

   „Jod trägt zu einem normalen Energiestoffwechsel bei“

   Gemäß Verordnung (EU) Nr. 432/2012

Genauer hingesehen: wo die Atome sitzen

Die zugelassenen Sätze nennen keine Moleküle. Die folgenden Abschnitte beschreiben, welche biochemischen Strukturen hinter den Formulierungen stehen, damit nachvollziehbar wird, worauf sich der Wortlaut bezieht – und worauf nicht.

Häm-Eisen in den Cytochromen

Cytochrome sind Proteine mit einem ringförmigen Porphyrin-Gerüst, in dessen Mitte ein Eisenatom steckt. Die innere Mitochondrienmembran enthält mehrere davon: Cytochrom b und c₁ im Komplex III, das bewegliche Cytochrom c zwischen den Komplexen III und IV sowie die Häm-Gruppen a und a₃ im Komplex IV. Jedes dieser Eisenzentren nimmt ein Elektron auf, wechselt dabei von Fe³⁺ zu Fe²⁺ und gibt das Elektron an den nächsten Partner ab.

Eisen-Schwefel-Cluster als Elektronenstationen

Neben den Häm-Gruppen gibt es eine zweite, ältere Form eisenhaltiger Zentren. In ihnen sind zwei oder vier Eisenatome mit ebenso vielen Schwefelatomen zu einem kleinen Würfel oder Rhombus verbunden. Allein der Komplex I, der erste große Proteinkomplex der Kette, trägt eine ganze Reihe solcher Cluster hintereinander, über die Elektronen aus NADH weitergeleitet werden. Auch die Succinat-Dehydrogenase, die gleichzeitig zum Citratzyklus gehört, enthält drei davon.

• [2Fe-2S]: zwei Eisen- und zwei Schwefelatome, zum Beispiel im Rieske-Protein
• [4Fe-4S]: eine würfelartige Anordnung, unter anderem in der Aconitase
• [3Fe-4S]: eine seltenere Variante, die in der Succinat-Dehydrogenase vorkommt

Jodatome, kovalent in Moleküle eingebaut

Jod wirkt nicht als freies Ion an einem Enzym, sondern wird in Moleküle eingebaut. In der Schilddrüse entstehen daraus Tetraiodthyronin (T4) und Triiodthyronin (T3). Rund zwei Drittel der Masse von T4 entfallen allein auf seine vier Jodatome. T3 bindet in vielen Körperzellen an Rezeptoren im Zellkern und beeinflusst dort, wie häufig bestimmte Gene abgelesen werden – darunter Gene für Proteine der Mitochondrien und für die Natrium-Kalium-Pumpe, einen großen ATP-Verbraucher der Zelle.

Beide Angaben stehen für sich. Sie betreffen einen chemischen Vorgang, wie er bei gedecktem Bedarf abläuft. Aussagen über Wohlbefinden, Stimmung oder Schlaf enthalten sie nicht.