Zwei Prozent der Masse, ein Fünftel des Umsatzes

Das Gehirn eines Erwachsenen wiegt zwischen 1,3 und 1,4 Kilogramm. Gemessen am Körpergewicht sind das ungefähr zwei Prozent. Am Energieumsatz in Ruhe hat dieses Organ dagegen einen Anteil von rund zwanzig Prozent. Umgerechnet ergibt das eine Dauerlast von etwa 20 Watt — im Wachzustand wie im Schlaf, ohne Pause.

Diese Rechnung erklärt, weshalb Nervengewebe in Texten über Mineralstoffe so häufig auftaucht. Wo ständig Glukose und Sauerstoff umgesetzt werden, sind auch die Elemente gefragt, die an diesen Umsetzungen beteiligt sind. Eisen gehört dazu, Jod ebenfalls — wobei beide auf sehr verschiedenen Wegen dorthin gelangen.

Aventuringrund trägt zusammen, was zu diesen zwei Mineralstoffen dokumentiert ist: welche Mengen eine gewöhnliche Tageskost liefert, welcher Anteil davon die Darmwand passiert, und mit welchem Wortlaut die Europäische Union Angaben zu Eisen und zu Jod freigegeben hat. Dieser Wortlaut wird hier unverändert zitiert und nicht ausgeschmückt.

Eisen und Jod erreichen das Gehirn auf getrennten Wegen

Beide Elemente stammen aus der Nahrung, doch damit endet die Gemeinsamkeit. Eisen wird als Ion transportiert und muss eine besonders dichte Gefäßwand passieren. Jod erreicht das Nervengewebe überhaupt nicht als Element, sondern erst nach einem Umweg über die Schilddrüse. Die folgenden Abschnitte gehen beide Wege einzeln durch.

Transferrinrezeptoren an der Blut-Hirn-Schranke

Die Kapillaren des Gehirns unterscheiden sich von denen anderer Organe: Ihre Endothelzellen sitzen mit dichten Zellverbindungen aneinander, sodass gelöste Stoffe nicht einfach zwischen ihnen hindurchsickern. Eisen nimmt deshalb den Weg durch die Zelle hindurch. Im Blut ist es an Transferrin gebunden, ein Transportprotein mit zwei Bindungsstellen. Rezeptoren auf der Innenseite der Kapillarwand erkennen dieses beladene Transferrin und schleusen es in die Zelle.

Wie viele dieser Rezeptoren gebildet werden, richtet sich nach dem Eisengehalt der Zelle selbst. Das Gewebe stellt seine Aufnahmekapazität also nach. Innerhalb des Gehirns geben Astrozyten das Metall weiter an Neurone und an Oligodendrozyten, die es in Ferritin einlagern.

Tyrosinhydroxylase und das Eisenatom in ihrem aktiven Zentrum

Ein oft genanntes Beispiel für eisenabhängige Enzyme im Nervengewebe ist die Tyrosinhydroxylase. Sie katalysiert den ersten Schritt auf dem Weg von der Aminosäure Tyrosin zu den Catecholaminen und trägt in ihrem aktiven Zentrum ein einzelnes Eisenatom. Ohne dieses Atom lässt sich die Reaktion im Labor nicht in Gang setzen.

Ein zweites Beispiel liefern die Oligodendrozyten. Diese Zellen bilden die Myelinscheiden und enthalten mehr Eisen als jeder andere Zelltyp des Gehirns, weil die Fettsynthese für das Myelin eisenhaltige Enzyme braucht. Im Register der Europäischen Union findet sich dazu ein Satz, der bewusst allgemein gehalten ist: „Eisen trägt zu einer normalen kognitiven Funktion bei“ — Gemäß Verordnung (EU) Nr. 432/2012.

Warum Jod das Nervengewebe nur als Hormon erreicht

Jod gelangt als Jodid ins Blut und wird von der Schilddrüse aufgenommen. Dort wird es an ein großes Speicherprotein gebunden und zu Thyroxin und Trijodthyronin verknüpft. Thyroxin trägt vier Jodatome, Trijodthyronin drei. Erst in dieser Form verlässt das Element die Drüse wieder.

Im Zielgewebe wird aus Thyroxin durch Abspaltung eines einzelnen Jodatoms die aktivere Form. Diese bindet an Rezeptoren im Zellkern und verändert dort, welche Gene abgelesen werden. Deshalb wirkt sich die Jodversorgung nicht über eine direkte Anwesenheit im Neuron aus, sondern über den Hormonspiegel. Der zugelassene Satz lautet: „Jod trägt zu einer normalen kognitiven Funktion bei“ — Gemäß Verordnung (EU) Nr. 432/2012.

Zwanzig Watt, die dauerhaft abgerufen werden

Der Energiebedarf des Gehirns wird fast vollständig aus Glukose gedeckt; ein Erwachsener setzt dafür über den Tag rund 120 Gramm um. Die eigentliche Ausbeute entsteht in den Mitochondrien, wo Elektronen über eine Kette von Proteinkomplexen weitergereicht werden. Mehrere dieser Komplexe enthalten Eisen — in Form von Hämgruppen und von Eisen-Schwefel-Clustern.

Genau an dieser Stelle setzt der zweite Eintrag zu diesem Element an: „Eisen trägt zu einem normalen Energiestoffwechsel bei“ — Gemäß Verordnung (EU) Nr. 432/2012. Der Satz gilt fachlich für den gesamten Organismus und nicht allein für das Nervengewebe. Er wird hier nur deshalb aufgeführt, weil der Verbrauch pro Gramm Gewebe im Kopf besonders hoch ausfällt.