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 für Proteine mit Ferroxidase-Aktivität kodieren, umfassen Ceruloplasmin, Ferritin-Schwerkette, 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 handelt sich um ein einkettiges Polypeptid, das 6-7 Kupferatome pro Molekül enthält. Es ist aufgrund des Kupfers blau und enthält etwa 10 % Zucker. Die terminale Sialinsäure ist an die Polypeptidkette gebunden und weist genetischen Polymorphismus auf. Seine Rolle besteht darin, die Verteilung von Kupfer in verschiedenen Körperbereichen zu regulieren, kupferhaltige Enzymproteine zu synthetisieren, es hat antioxidative Eigenschaften, besitzt Oxidase-Aktivität und ist in der Lage, die Oxidation von Polyphenolen und Polyaminsubstraten zu katalysieren. Es wird allgemein angenommen, dass Ceruloplasmin in der Leber synthetisiert wird, ein Teil davon wird über die Gallenwege ausgeschieden, und der Uringehalt ist sehr gering. Die Bestimmung von Aeruginin hat eine gewisse Bedeutung für die Diagnose bestimmter Erkrankungen der Leber, Gallenblase, Niere und anderer Organe.

2. FTH1 – Ferritin-Schwerkette

Die Ferritin-Schwerkette ist eine Eisenoxidase, die durch das FTH1-Gen beim Menschen kodiert wird. Ferritin ist das wichtigste intrazelluläre Eisenspeicherprotein in Prokaryoten und Eukaryoten. Es besteht aus 24 Untereinheiten der schweren und leichten Ferritinketten. Veränderungen in der Zusammensetzung der Ferritin-Untereinheiten können die Geschwindigkeit 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 besitzt mehrere Pseudogene. Es wurden mehrere alternativ gespleißte Transkriptvarianten beobachtet, deren biologische Wirksamkeit jedoch nicht bestimmt wurde.

Abbildung 1. Struktur des FTH1-Proteins.

3. FTMT – Ferritin, mitochondrial

Mitochondriales Ferritin ist eine menschliche Eisenperoxidase, die durch das FTMT-Gen kodiert wird und als metallbindendes Protein klassifiziert ist, das sich in den Mitochondrien befindet. Nachdem Proteine von den Mitochondrien aufgenommen wurden, können sie zu reifen Proteinen verarbeitet und zu funktionellen Ferritinschalen zusammengesetzt werden.

Abbildung 2. Mitochondriales Ferritin.

4. HEPH – Hephaestin

Hephaestin ist an Stoffwechsel und Homöostase von Eisen und Kupfer beteiligt. Es handelt sich um eine transmembrane, kupferabhängige Eisenoxidase, die für den Transport von Nahrungseisen aus den intestinalen Epithelzellen in das Kreislaufsystem verantwortlich ist. Die höchste Expression von Hephaestin wurde im Dünndarm gefunden. Es ist auf die villösen Darmepithelzellen (wo die Eisenaufnahme stattfindet) beschränkt und in Kryptenzellen nahezu nicht vorhanden. Hephaestin arbeitet zusammen mit Ferroportin 1, um Eisen (II) Fe²⁺ zu Eisen (III) Fe³⁺ zu oxidieren und den Eisenausfluss zu vermitteln. Geringe Mengen von Hephaestin werden im Dickdarm, in der Milz und in den Nieren sowie in Brust-, Plazenta- und Spongiosaknochenzellen nachgewiesen, aber ihre Rolle in diesen Geweben muss noch bestimmt werden. Hephaestin ist homolog zu Ceruloplasmin, einem Serumdehydrogenase-Protein, das an der Kupferentgiftung und -speicherung beteiligt ist.

Abbildung 3. Struktur von Hephaestin.

Die Regulation der Hephaestin-Proteinexpression und die Rolle der Proteine im Kontext des Eisenstoffwechsels und der Homöostase sind weiterhin aktive Forschungsgebiete. Einige Studien haben Mechanismen vorgeschlagen, um den intestinalen Eisentransport lokal und systemisch zu steuern. In diesem Mechanismus können eine hohe Eisenaufnahme über die Nahrung und ausreichende Eisenspeicher zur Downregulation von DMT1, Eisen-Transporter (Ireg1) und Hephaestin-Proteinen führen, wodurch die Aufnahme von Eisen aus den Darmzellen in den Kreislauf minimiert wird. Im Gegensatz dazu wird angenommen, dass ein Zustand niedriger Nahrungsaufnahme und niedriger Eisenspeicher eine Hochregulation von DMT1 sowie Ireg1 und Hephaestin induzieren kann.

Referenzen

1. Takahashi N.; et al. Einzelkettenstruktur des menschlichen Ceruloplasmins: die vollständige Aminosäuresequenz des gesamten Moleküls. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 1984, 81 (2): 390-4.
2. Ishikawa K.; et al. Vorhersage der codierenden Sequenzen unbekannter menschlicher Gene. X. Die vollständigen Sequenzen von 100 neuen cDNA-Klonen aus dem Gehirn, die in vitro für große Proteine codieren können. DNA Res. 1988, 5 (3): 169-76.