Ferroxidase, auch bekannt als Fe(II):Sauerstoff-Oxidoreduktase, ist ein Enzym, das die Oxidation von Eisen II zu Eisen III katalysiert:

4 Fe²⁺ + 4 H⁺ + O₂ = 4 Fe³⁺ + 2H₂O

Menschliche Gene, die Proteine mit Ferrooxidase-Aktivität kodieren, umfassen Ceruloplasmin, Ferritin-Schwerketten, Ferritin, mitochondrial und Hephaestin.

1. CP – Ceruloplasmin

Ceruloplasmin (CER), auch bekannt als Kupferoxidase, ist ein kupferhaltiges α2-Glykoprotein mit einem Molekulargewicht von etwa 120.000 bis 160.000, das schwer zu reinigen ist. Es ist ein Einzelketten-Polypeptid, das 6-7 Kupferatome pro Molekül enthält. Es ist aufgrund von Kupfer blau und enthält etwa 10% Zucker. Die terminale Sialinsäure ist an die Polypeptidkette gebunden und weist genetische Polymorphismen auf. Seine Rolle besteht darin, die Verteilung von Kupfer in verschiedenen Teilen des Körpers zu regulieren, kupferhaltige Enzymproteine zu synthetisieren, es hat die Rolle von Antioxidantien, hat Oxidase-Aktivität und die Fähigkeit, die Oxidation von Polyphenolen und Polyamin-Substraten zu katalysieren. Es wird allgemein angenommen, dass Ceruloplasmin von der Leber synthetisiert wird, von der ein Teil über den biliären Trakt ausgeschieden wird, und der Urinanteil sehr gering ist. Die Bestimmung von Aeruginin hat eine gewisse Bedeutung für die Diagnose bestimmter Leber-, Gallenblasen-, Nieren- und anderer Krankheiten.

2. FTH1 – Ferritin-Schwerkette

Die Ferritin-Schwerkette ist eine Eisenoxidase, die durch das FTH1-Gen beim Menschen kodiert wird. Ferritin ist das Hauptintrazelluläre Eisenlagerungsprotein in Prokaryoten und Eukaryoten. Es besteht aus 24 Untereinheiten der schweren und leichten Ferritinketten. Veränderungen in der Zusammensetzung der Ferritinuntereinheiten können die Rate der Eisenaufnahme und -freisetzung in verschiedenen Geweben beeinflussen. Die Hauptfunktion von Ferritin besteht darin, Eisen in einem löslichen und ungiftigen Zustand zu speichern. Defekte im Ferritin sind mit mehreren neurodegenerativen Erkrankungen assoziiert. Dieses Gen hat mehrere Pseudogene. Es wurden mehrere alternative Spleißtranskriptvarianten beobachtet, aber ihre biologische Wirksamkeit wurde nicht bestimmt.

Abbildung 1. Struktur des FTH1-Proteins.

3. FTMT – Ferritin, mitochondrial

Mitochondriales Ferritin ist eine menschliche Eisen-Peroxidase, die durch das FTMT-Gen kodiert wird und als metallbindendes Protein in den Mitochondrien klassifiziert ist. Nachdem Proteine von Mitochondrien aufgenommen wurden, können sie in reife Proteine verarbeitet und zu funktionalen Ferritin-Hüllen zusammengebaut werden.

Abbildung 2. Mitochondriales Ferritin.

4. HEPH – Hephaestin

Heparin ist am Stoffwechsel und der Homöostase von Eisen und Kupfer beteiligt. Es ist eine transmembranäre kupferabhängige Eisenoxidase, die für den Transport von diätetischem Eisen von intestinalen Epithelzellen in das Kreislaufsystem verantwortlich ist. Die höchste Expression von Heparin wurde im Dünndarm gefunden. Es ist auf die villösen intestinalen Epithelzellen beschränkt (wo die Eisenaufnahme erfolgt) und ist in Kryptazellen fast nicht vorhanden. Hephaestin arbeitet zusammen mit Ferroportin 1, um Eisen (II) Fe²⁺ in Eisen (III) Fe³⁺ umzuwandeln und den Eisenexport zu vermitteln. Niedrige Heparinwerte werden im Dickdarm, in der Milz und in den Nieren sowie in Brust-, Plazenta- und trabekulären Knochenzellen nachgewiesen, aber ihre Rolle in diesen Geweben muss noch bestimmt werden. Hephaestin ist homolog zu Ceruloplasmin, das ein Serum-Dehydrogenase-Protein ist, das an der Kupferentgiftung und -speicherung beteiligt ist.

Abbildung 3. Struktur von Heparin.

Die Regulation der Heparin-Proteinexpression und die Rolle der Proteine im Kontext des Eisenstoffwechsels und der Homöostase sind nach wie vor aktive Forschungsgebiete. Einige Studien haben Mechanismen vorgeschlagen, um den intestinalen Eisentransport lokal und systemisch zu steuern. In diesem Mechanismus kann eine hohe diätetische Eisenaufnahme und ausreichende Eisenlagerung zu einer Herunterregulierung von DMT1, Eisen-Transporter (Ireg1) und Heparin-Proteinen führen, wodurch die Eisenaufnahme aus den intestinalen Zellen in die Zirkulation minimiert wird. Im Gegensatz dazu wird vorgeschlagen, dass der Zustand einer niedrigen diätetischen Aufnahme und niedrigen Eisenlagerung eine Hochregulierung von DMT1 sowie Ireg1 und Heparin induzieren kann.

Literaturverzeichnis

1. Takahashi N.; et al. Single-chain structure of human ceruloplasmin: the complete amino acid sequence of the whole molecule. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 1984, 81 (2): 390-4.
2. Ishikawa K.; et al. Prediction of the coding sequences of unidentified human genes. X. The complete sequences of 100 new cDNA clones from brain which can code for large proteins in vitro. DNA Res. 1988, 5 (3): 169-76.