Metallionenhaushalt

Metallionenhaushalt bezeichnet die Regulierung der Konzentrationen metallischer Ionen in biologischen Systemen. Dazu gehören essentielle Metallionen wie Eisen (Fe2+/Fe3+), Zink (Zn2+), Kupfer (Cu2+), Mangan (Mn2+), Magnesium (Mg2+) und Kalzium (Ca2+) ebenso wie potenziell toxische Metalle. Ziel ist die Aufrechterhaltung optimaler freien Ionenkonzentrationen in Zellen, Organen und im Blut, die für Enzymfunktionen, Strukturproteine und Signalwege notwendig sind.

Auf organismischer Ebene erfolgt die Regulation durch Aufnahme über die Nahrung, Absorption im Darm, Verteilung im Blutssystem über Transportproteine wie Transferrin (Fe), Albumin, Metallothioneine und spezialisierte Carrierproteine, sowie Speicherung in Leber, Knochen und Zellen. Ausscheidung und Ausgleich erfolgen durch die Niere und die Galle. Die Zentralsteuerung basiert auf komplexen Netzwerken, die Feedbackmechanismen nutzen, um freie Metallionenkonzentrationen zu minimieren, Überschüsse zu verhindern und Mangelzustände zu beheben.

Wichtige Transporter- und Speichersysteme umfassen unter anderem Eisen-Transporter (DMT1, Ferroportin), Kupfer-Transporter (CTR1, ATP7A/B), Zink-Transporterfamilien (ZIP/SLC39, ZnT/SLC30), Ferritin als Speichersystem, und Metallothioneine als Schutz- und Speichermoleküle. Die Regulierung erfolgt auf transkriptioneller Ebene durch Metallresponsive Elemente und Faktoren wie MTF-1, sowie durch Feedbacksignale aus Sauerstoff- und Redoxzuständen.

Störungen des Metallionenhaushalts können Mangelzustände (z. B. Eisen- oder Zinkmangel) oder Metalleüberladung (z. B. Hämochromatose, Wilson-Krankheit) umfassen. Genetische Defekte, dysregulierte Transporter oder pathologische Leber- oder Nierenerkrankungen können ihn erheblich beeinträchtigen.

In der Forschung dienen Analytik und Bildgebung, etwa ICP-MS und röntgenbasierte Verfahren, der Charakterisierung von Haushaltspfaden. Anwendungen umfassen Ernährungsrichtlinien, Chelattherapien und die Entwicklung von funktionellen Lebensmitteln.