Antioxidative Schutzsysteme: Glutathion-System, Selenproteine und Bedeutung von Mikronährstoffen

Antioxidative Schutzsysteme bilden eine zentrale Komponente der zellulären Redoxhomöostase (Gleichgewicht zwischen oxidierenden und reduzierenden Prozessen). Ihre Aufgabe besteht nicht darin, reaktive Sauerstoff- und Stickstoffspezies vollständig zu eliminieren. Vielmehr regulieren sie deren Konzentration, begrenzen überschießende oxidative Reaktionen und schützen Lipide (Fette), Proteine (Eiweiße), Nukleinsäuren und andere Zellstrukturen vor oxidativ bedingten Veränderungen.

Die antioxidative Abwehr beruht auf einem funktionell gekoppelten Netzwerk enzymatischer und nicht-enzymatscher Schutzsysteme. Von besonderer Bedeutung sind das Glutathion-System, Selenoproteine wie Glutathionperoxidasen und Thioredoxinreduktasen, Superoxiddismutasen sowie Katalase. Ergänzt werden diese Systeme durch niedermolekulare Redoxpartner (kleine Moleküle, die Elektronen aufnehmen oder abgeben können) wie Vitamin C, Vitamin E und Coenzym Q10 [1, 2, 8].

Die Funktion dieser Schutzsysteme ist wesentlich von der Verfügbarkeit bestimmter Mikronährstoffe abhängig. Selen, Kupfer, Zink, Mangan und Eisen übernehmen strukturelle oder katalytische Funktionen in antioxidativen Enzymen. Riboflavin (Vitamin B2) und Niacin (Vitamin B3) sind über Flavin- bzw. Nicotinamid-Cofaktoren an der Regeneration antioxidativer Systeme beteiligt. Vitamin C und Vitamin E ergänzen die enzymatischen Systeme als nicht-enzymatsche Redoxpartner [1, 2, 4-6, 8-10, LL1].

Endogene antioxidative Schutzsysteme: Überblick

Antioxidative Schutzmechanismen wirken auf mehreren miteinander verbundenen Ebenen. Sie wandeln reaktive Sauerstoffspezies schrittweise um, reduzieren Peroxide (reaktive sauerstoffhaltige Verbindungen), regenerieren oxidierte Moleküle und begrenzen oxidative Kettenreaktionen.

• Umwandlung reaktiver Sauerstoffspezies: Superoxiddismutasen wandeln Superoxid in Wasserstoffperoxid um. Wasserstoffperoxid ist kein freies Radikal und weniger unmittelbar reaktiv, muss jedoch anschließend durch weitere Enzymsysteme kontrolliert weiterverarbeitet werden [4, 8].
• Abbau von Peroxiden: Glutathionperoxidasen und Katalase reduzieren bzw. zerlegen Wasserstoffperoxid und andere Peroxide [1, 2, 8].
• Regeneration oxidierter Zellbestandteile: Glutathion-, Thioredoxin- und verwandte Redoxsysteme können reversible oxidative Veränderungen an Proteinen und anderen Molekülen rückgängig machen [1, 2].
• Begrenzung oxidativer Kettenreaktionen: Lipidlösliche Antioxidantien wie Vitamin E können die Fortleitung der Lipidperoxidation in biologischen Membranen unterbrechen [6].
• Regeneration antioxidativer Moleküle: Enzymsysteme führen oxidierte Redoxpartner wieder in ihre reduzierte und damit funktionsfähige Form zurück [1].

Die antioxidative Kapazität einer Zelle ist daher nicht als Wirkung eines einzelnen Antioxidans zu verstehen. Entscheidend ist das koordinierte Zusammenspiel verschiedener Enzymsysteme, Mikronährstoffe, Aminosäuren und Stoffwechselwege.

Eine zentrale Schaltstelle dieses Netzwerkes stellt das Glutathion-System dar. Es verbindet den Abbau von Peroxiden mit der Regeneration antioxidativer Redoxpartner und ist funktionell eng mit Selen, Riboflavin und Nicotinamidadenindinukleotidphosphat in reduzierter Form (NADPH) verknüpft.

Das Glutathion-System

Glutathion: Zentrales intrazelluläres Redoxmolekül

Glutathion gehört zu den wichtigsten niedermolekularen Redoxsystemen des menschlichen Organismus. Es handelt sich um ein Tripeptid (Molekül aus drei Aminosäuren), das aus Glutamat, Cystein und Glycin aufgebaut ist. Die für seine Redoxfunktion entscheidende Thiolgruppe (schwefelhaltige reaktive Gruppe) befindet sich am Cysteinrest [1].

Glutathion liegt intrazellulär überwiegend in reduzierter Form als Glutathion (GSH) vor. Bei Redoxreaktionen kann GSH Elektronen abgeben. Dabei können zwei GSH-Moleküle über eine Disulfidbindung (Bindung zwischen zwei Schwefelatomen) zu oxidiertem Glutathion (GSSG) verbunden werden. GSSG kann anschließend wieder zu GSH reduziert werden. Dieser Kreislauf ermöglicht es der Zelle, Glutathion wiederholt für Redoxreaktionen einzusetzen [1].

Das Verhältnis zwischen GSH und GSSG ist ein wichtiger Parameter des intrazellulären Redoxmilieus. Seine Aussage muss jedoch abhängig vom jeweiligen Zellraum und vom biologischen Kontext beurteilt werden [1].

Glutathion erfüllt mehrere Funktionen:

• Reduktion oxidierender Verbindungen: GSH stellt Elektronen für verschiedene antioxidative Reaktionen bereit.
• Substrat der Glutathionperoxidasen: GSH wird für die Reduktion von Wasserstoffperoxid und organischen Hydroperoxiden benötigt.
• Regulation von Protein-Thiolgruppen: Glutathion beeinflusst reversible oxidative Veränderungen schwefelhaltiger funktioneller Gruppen in Proteinen und kann dadurch deren Aktivität regulieren.
• Entgiftungsreaktionen: Über Glutathion-S-Transferasen kann Glutathion an reaktive körpereigene und körperfremde Verbindungen gekoppelt werden und deren weitere Metabolisierung unterstützen [1].

Glutathionsynthese und Bedeutung von Cystein

Glutathion wird intrazellulär in zwei ATP-abhängigen Reaktionsschritten synthetisiert. Zunächst werden Glutamat und Cystein zu γ-Glutamylcystein verbunden; anschließend wird Glycin angefügt. Die Synthese findet überwiegend im Zytosol (flüssiger Anteil des Zellinneren außerhalb der Zellorganellen) statt [1].

Von den drei beteiligten Aminosäuren besitzt insbesondere Cystein eine regulatorische Bedeutung, da seine intrazelluläre Verfügbarkeit die Glutathionsynthese begrenzen kann. Die Cysteinversorgung hängt von der Proteinzufuhr, dem Aminosäurestoffwechsel und der Transsulfurierung (Umwandlungsweg schwefelhaltiger Aminosäuren) ab [1].

Die Bildung von Glutathion verdeutlicht damit, dass antioxidative Kapazität nicht ausschließlich von klassischen Mikronährstoffen abhängt. Auch Aminosäureversorgung, Energiegewinnung und Ein-Kohlenstoff-Stoffwechsel sind funktionell in die Redoxhomöostase eingebunden.

Glutathionperoxidasen: Selenabhängiger Abbau von Peroxiden

Glutathionperoxidasen (GPx; Enzyme zur Reduktion von Peroxiden) katalysieren die Reduktion von Wasserstoffperoxid und verschiedenen organischen Hydroperoxiden. Mehrere Glutathionperoxidasen des Menschen enthalten Selen in Form der Aminosäure Selenocystein und gehören damit zu den Selenoproteinen [2].

Dabei stellt reduziertes Glutathion die für die Reduktion des Peroxids erforderlichen Elektronen bereit. Zwei GSH-Moleküle werden dabei zu GSSG oxidiert; das entstandene GSSG muss anschließend wieder zu GSH reduziert werden. Glutathionperoxidasen verbinden somit Selenstoffwechsel und Glutathion-System unmittelbar miteinander [1, 2].

Glutathionperoxidase 4: Schutz vor Lipidperoxidation

Eine besondere Funktion innerhalb der Glutathionperoxidasen besitzt die Glutathionperoxidase 4 (GPx4). Im Unterschied zu vielen anderen Peroxidasen kann sie Phospholipid-Hydroperoxide direkt innerhalb biologischer Membranen reduzieren und trägt dadurch wesentlich zur Begrenzung der Lipidperoxidation bei [3].

GPx4 schützt damit insbesondere Membranen mit einem hohen Anteil mehrfach ungesättigter Fettsäuren vor einer sich fortsetzenden oxidativen Kettenreaktion. Eine stark eingeschränkte GPx4-Aktivität begünstigt die Akkumulation oxidierter Membranlipide und spielt eine zentrale Rolle bei der Ferroptose (eisenabhängige Form des regulierten Zelltods infolge ausgeprägter Lipidperoxidation) [3].

Die GPx4-Funktion verdeutlicht damit besonders anschaulich die enge Verbindung zwischen Selenversorgung, Glutathionverfügbarkeit, Lipidstoffwechsel und Schutz biologischer Membranen.

Regeneration von Glutathion: Glutathionreduktase, Riboflavin und NADPH

Damit Glutathion dauerhaft als Redoxsystem zur Verfügung steht, muss das bei antioxidativen Reaktionen entstehende GSSG wieder zu GSH reduziert werden. Diese Reaktion wird durch die Glutathionreduktase katalysiert [1].

Die Glutathionreduktase enthält Flavinadenindinukleotid (FAD) als fest gebundenen Cofaktor. FAD wird aus Riboflavin (Vitamin B2) gebildet. Die Aktivität der erythrozytären Glutathionreduktase wird deshalb auch zur funktionellen Beurteilung des Riboflavinstatus genutzt. Damit besteht eine direkte biochemische Verbindung zwischen der Riboflavinversorgung und der Regeneration des Glutathion-Systems [1, 9, LL1].

Die für die Regeneration benötigten Elektronen werden durch NADPH bereitgestellt. NADPH ist die reduzierte Form eines aus Niacin (Vitamin B3) abgeleiteten Nicotinamid-Cofaktors und dient als Elektronendonator für zahlreiche reduktive Stoffwechselreaktionen, darunter die durch Glutathionreduktase vermittelte Rückführung von GSSG zu GSH [1, 10].

Das Glutathion-System zeigt damit besonders anschaulich, dass antioxidativer Schutz nicht durch ein einzelnes Molekül vermittelt wird. Selenabhängige Enzyme, Riboflavin-abhängige Cofaktoren, NADPH-bereitstellende Stoffwechselwege und die Versorgung mit schwefelhaltigen Aminosäuren greifen funktionell ineinander.

Selenoproteine

Selen wird für das Glutathion-System besonders relevant, weil mehrere Glutathionperoxidasen Selenocystein enthalten. Seine Bedeutung reicht jedoch darüber hinaus: Auch weitere zentrale Redoxenzyme, insbesondere Thioredoxinreduktasen, gehören zu den Selenoproteinen [2].

Selenocystein und redoxaktive Selenoproteine

Selen wirkt im Organismus überwiegend nicht als frei zirkulierendes Antioxidans. Seine zentrale biologische Bedeutung liegt vielmehr im Einbau als Selenocystein in Selenoproteine. Beim Menschen sind 25 Gene bekannt, die Selenoproteine kodieren [2].

Selenocystein besitzt aufgrund seiner chemischen Eigenschaften eine hohe Reaktivität in Redoxreaktionen. Zu den für die Redoxhomöostase besonders relevanten Selenoproteinen zählen:

• Glutathionperoxidasen: Sie reduzieren Wasserstoffperoxid und organische Hydroperoxide und begrenzen dadurch oxidative Veränderungen von Zellstrukturen.
• Thioredoxinreduktasen: Sie regenerieren oxidiertes Thioredoxin und ermöglichen dadurch zahlreiche thiolabhängige Redoxreaktionen.
• Selenoprotein P: Es ist das wichtigste selenhaltige Transportprotein im Plasma und trägt wesentlich zur Verteilung von Selen zwischen Organen und Geweben bei.
• Weitere Selenoproteine: Verschiedene Selenoproteine sind unter anderem an Redoxreaktionen, Proteinfaltung und Funktionen des endoplasmatischen Retikulums (zelluläres Membransystem, unter anderem zur Proteinverarbeitung) beteiligt [2].

Die antioxidative Bedeutung der Selenversorgung lässt sich daher nicht auf eine einzelne Glutathionperoxidase reduzieren. Der Selenstatus beeinflusst ein Netzwerk unterschiedlicher Selenoproteine. Bei unzureichender Versorgung können deren Synthese und Funktion eingeschränkt sein; oberhalb einer ausreichenden Selenversorgung ist dagegen nicht von einer proportionalen weiteren Steigerung antioxidativer Schutzmechanismen auszugehen [2, LL1].

Das Thioredoxin-System: Regulation oxidierter Proteine

Neben dem Glutathion-System gehört das Thioredoxin-System zu den zentralen intrazellulären Redoxsystemen. Thioredoxine sind kleine Proteine, die reversible oxidative Veränderungen an Thiolgruppen anderer Proteine regulieren und dadurch deren Struktur, Aktivität und Signalwirkung beeinflussen.

Das System besteht im Wesentlichen aus Thioredoxin, Thioredoxinreduktase und NADPH. Oxidiertes Thioredoxin wird durch die Thioredoxinreduktase wieder in seine reduzierte und damit funktionsfähige Form überführt. Die beim Menschen vorkommenden Thioredoxinreduktasen sind Selenoproteine und enthalten Selenocystein im katalytischen Zentrum [2].

Das Thioredoxin-System erfüllt mehrere Funktionen:

• Regeneration oxidierter Proteine: Reversible oxidative Veränderungen funktioneller Cysteinreste können reduziert und damit rückgängig gemacht werden.
• Regulation von Signalwegen: Thioredoxin beeinflusst redoxabhängige Signalproteine und Transkriptionsfaktoren.
• Unterstützung der DNA-Synthese: Über die Bereitstellung von Elektronen für die Ribonukleotidreduktase trägt das System zur Bildung von Desoxyribonukleotiden (Bausteinen der DNA) bei.
• Funktionelle Ergänzung anderer Redoxsysteme: Thioredoxin- und Glutathion-System können sich in verschiedenen Reaktionen ergänzen und gemeinsam zur Stabilisierung des intrazellulären Redoxmilieus beitragen.

Damit wird deutlich, warum Selen für die Redoxregulation über die Glutathionperoxidasen hinaus relevant ist: Auch die Wiederherstellung oxidierter Proteine und verschiedene redoxabhängige Signalprozesse sind von selenhaltigen Enzymsystemen abhängig.

Weitere enzymatische antioxidative Schutzsysteme

Glutathion- und Thioredoxin-System bilden wichtige Regenerations- und Reduktionssysteme. Superoxiddismutasen und Katalase ergänzen sie, indem sie reaktive Sauerstoffverbindungen bereits auf anderen Stufen ihrer Entstehung und Weiterverarbeitung kontrollieren. Dadurch entsteht eine funktionell gekoppelte Reaktionskette [8].

Superoxiddismutasen: Mangan, Kupfer und Zink als funktionelle Bestandteile

Superoxiddismutasen (SOD; Enzyme zur Umwandlung von Superoxid) katalysieren die Umwandlung von Superoxid zu Wasserstoffperoxid und Sauerstoff. Das dabei entstehende Wasserstoffperoxid wird anschließend insbesondere durch Glutathionperoxidasen oder Katalase weiterverarbeitet [4, 8].

Beim Menschen werden drei wesentliche Isoformen unterschieden:

• Superoxiddismutase 1 (SOD1): Die überwiegend zytosolische SOD1 enthält Kupfer und Zink. Kupfer ist am katalytischen Redoxzyklus beteiligt, während Zink wesentlich zur strukturellen Stabilität des Enzyms beiträgt.
• Superoxiddismutase 2 (SOD2): Die in der mitochondrialen Matrix lokalisierte SOD2 enthält Mangan als katalytisches Metallion und kontrolliert insbesondere Superoxid aus mitochondrialen Stoffwechselprozessen.
• Superoxiddismutase 3 (SOD3): Die extrazelluläre SOD3 enthält ebenfalls Kupfer und Zink und trägt zur Kontrolle von Superoxid im Extrazellulärraum bei [4, 8].

Kupfer, Zink und Mangan übernehmen damit spezifische strukturelle bzw. katalytische Funktionen in den jeweiligen SOD-Isoformen. Eine ausreichende Versorgung ist für die normale Enzymfunktion erforderlich. Daraus lässt sich jedoch nicht ableiten, dass eine über den Bedarf hinausgehende Zufuhr dieser Spurenelemente die antioxidative Kapazität generell steigert [4, LL1].

Katalase: Eisenhaltiger Abbau von Wasserstoffperoxid

Die Katalase ergänzt Glutathionperoxidasen beim Abbau von Wasserstoffperoxid. Sie katalysiert die Umsetzung von zwei Molekülen Wasserstoffperoxid zu Wasser und Sauerstoff und verhindert dadurch eine übermäßige Akkumulation von Wasserstoffperoxid [8].

Die Katalase enthält als prosthetische Gruppe (fest gebundener funktioneller Bestandteil eines Enzyms) ein Häm mit zentral gebundenem Eisen. Dieses Häm-Eisen ist unmittelbar am katalytischen Reaktionsmechanismus beteiligt. Besonders hohe Katalaseaktivitäten finden sich in Peroxisomen (Zellorganellen mit oxidativen Stoffwechselaufgaben), in denen Wasserstoffperoxid im Rahmen verschiedener Stoffwechselreaktionen entsteht [8].

Die Rolle des Eisens muss dabei differenziert betrachtet werden. Innerhalb der Katalase ist Eisen fest in das Häm eingebunden und für die Enzymfunktion erforderlich. Frei verfügbares redoxaktives Eisen kann dagegen mit Wasserstoffperoxid reagieren und über die Fenton-Reaktion hochreaktive Hydroxylradikale bilden [8]. Eisen ist daher nicht als „Antioxidans“ im klassischen Sinne zu verstehen. Für die Redoxhomöostase ist vielmehr eine streng regulierte Eisenhomöostase entscheidend.

Nicht-enzymatische antioxidative Schutzsysteme

Die enzymatischen Schutzsysteme werden durch niedermolekulare Redoxpartner ergänzt. Diese wirken in unterschiedlichen Zellräumen: Wasserlösliche Substanzen vor allem im wässrigen Milieu, lipidlösliche Moleküle insbesondere in biologischen Membranen und Lipoproteinen. Anders als Enzyme katalysieren diese Verbindungen nicht fortlaufend Reaktionen, sondern werden bei Redoxreaktionen selbst oxidiert und müssen anschließend regeneriert werden.

Vitamin E: Schutz vor Lipidperoxidation

Vitamin E bezeichnet eine Gruppe fettlöslicher Tocopherole und Tocotrienole. Für den Menschen besitzt insbesondere α-Tocopherol eine zentrale physiologische Bedeutung. Vitamin E kann Lipidperoxylradikale abfangen und dadurch die Fortleitung der Lipidperoxidation in biologischen Membranen unterbrechen [6].

Diese Funktion ist insbesondere in Membranen mit einem hohen Anteil mehrfach ungesättigter Fettsäuren relevant. Nach der Reaktion mit einem Lipidperoxylradikal entsteht ein Tocopheroxylradikal, das durch andere Redoxpartner wieder reduziert werden kann. Vitamin E wirkt damit nicht isoliert, sondern als Bestandteil eines regenerativen antioxidativen Netzwerkes [6].

Vitamin C: Wasserlöslicher Elektronendonator und Regenerationspartner

Vitamin C (Ascorbinsäure) wirkt als wasserlöslicher Elektronendonator und kann verschiedene reaktive Moleküle reduzieren. Darüber hinaus interagiert Ascorbat mit anderen antioxidativen Systemen und kann unter anderem oxidierte Formen von Vitamin E wieder reduzieren [5].

Vitamin C ergänzt damit insbesondere die antioxidativen Schutzmechanismen im wasserlöslichen Milieu und verbindet diese funktionell mit dem Schutz lipidreicher Strukturen. Seine Funktion ist jedoch nicht auf eine direkte Radikalfängerwirkung beschränkt. Ascorbat ist zusätzlich Cofaktor verschiedener enzymatischer Reaktionen und in weitere regulatorische Prozesse eingebunden [5].

Coenzym Q10: Elektronentransport und Redoxregulation in Membranen

Coenzym Q10 ist ein lipidlösliches, endogen synthetisiertes Molekül und Bestandteil der inneren Mitochondrienmembran. Innerhalb der Atmungskette vermittelt es den Elektronentransport von verschiedenen Dehydrogenasen, insbesondere von Komplex I und Komplex II, zu Komplex III [7].

Seine reduzierte Form, Ubichinol, besitzt darüber hinaus antioxidative Eigenschaften innerhalb biologischer Membranen und trägt zum Schutz vor Lipidoxidation sowie zur zellulären Redoxregulation bei. Coenzym Q besitzt damit eine Doppelfunktion als Elektronenträger des Energiestoffwechsels und als Redoxmolekül [7].

Die physiologische Funktion des körpereigenen Coenzym-Q-Systems ist von der Frage einer supplementären oder pharmakologischen Zufuhr von Coenzym Q10 zu unterscheiden. Aus seiner biochemischen Funktion lässt sich kein genereller Supplementierungsbedarf ableiten [7].

Zusammenspiel der antioxidativen Schutzsysteme

Erst in der Zusammenschau wird deutlich, dass antioxidativer Schutz nicht von einem einzelnen Enzym oder Mikronährstoff abhängt. Die verschiedenen Systeme arbeiten teilweise nacheinander und teilweise parallel. Fällt eine Komponente aus, können andere Systeme bestimmte Funktionen teilweise übernehmen; vollständig austauschbar sind die einzelnen Schutzmechanismen jedoch nicht.

Ein vereinfachter Ablauf verdeutlicht dieses Zusammenspiel:

• Superoxid wird durch Superoxiddismutasen zu Wasserstoffperoxid umgewandelt.
• Wasserstoffperoxid wird durch Glutathionperoxidasen oder Katalase weiter abgebaut.
• Glutathionperoxidasen oxidieren dabei GSH zu GSSG.
• Glutathionreduktase regeneriert GSSG unter Verwendung von NADPH wieder zu GSH.
• Thioredoxinreduktasen führen oxidiertes Thioredoxin unter Verwendung von NADPH wieder in seine reduzierte Form zurück.
• Vitamin E begrenzt Lipidperoxidationsketten in Membranen, während Vitamin C zur Regeneration oxidierter Vitamin-E-Verbindungen beitragen kann.
• GPx4 reduziert Lipidhydroperoxide direkt und verbindet damit Glutathion-System, Selenstoffwechsel und Membranschutz.

Die Funktion antioxidativ wirksamer Mikronährstoffe ist deshalb nicht isoliert zu betrachten. Entscheidend ist das koordinierte Zusammenspiel enzymatischer und nicht-enzymatscher Schutzsysteme sowie deren kontinuierliche Regeneration. Die ausreichende Versorgung mit einem einzelnen Mikronährstoff kann Funktionsdefizite anderer Komponenten des Redoxnetzwerks nicht grundsätzlich kompensieren.

Bedeutung der Mikronährstoffversorgung

Mikronährstoffe übernehmen innerhalb der antioxidativen Schutzsysteme unterschiedliche Aufgaben. Einige bilden katalytische Zentren von Enzymen, andere stabilisieren Proteinstrukturen oder sind Ausgangssubstanzen für Cofaktoren, die Elektronen zwischen Redoxsystemen übertragen.

• Selen: Bestandteil von Selenocystein in Glutathionperoxidasen, Thioredoxinreduktasen und weiteren Selenoproteinen [2, LL1].
• Kupfer und Zink: Funktionelle Bestandteile der zytosolischen und extrazellulären Superoxiddismutasen SOD1 und SOD3 [4, 8].
• Mangan: Katalytisches Metallion der mitochondrialen Superoxiddismutase SOD2 [4, 8].
• Eisen: Bestandteil des Häm-Zentrums der Katalase. Frei verfügbares redoxaktives Eisen kann dagegen oxidative Reaktionen fördern; entscheidend ist daher eine regulierte Eisenhomöostase [8].
• Riboflavin (Vitamin B2): Ausgangssubstanz für FAD, das unter anderem für die Funktion der Glutathionreduktase erforderlich ist [1, 9, LL1].
• Niacin (Vitamin B3): Ausgangssubstanz für Nicotinamid-Cofaktoren und damit an der Bereitstellung von NADPH für reduktive Redoxreaktionen beteiligt [10, LL1].
• Vitamin E: Lipidlöslicher Redoxpartner zur Begrenzung der Lipidperoxidation in biologischen Membranen [6, LL1].
• Vitamin C: Wasserlöslicher Elektronendonator und Bestandteil des antioxidativen Regenerationsnetzwerks [5, LL1].

Ferner beeinflusst die Verfügbarkeit schwefelhaltiger Aminosäuren, insbesondere von Cystein, die Glutathionsynthese. Die antioxidative Abwehr stellt damit eine Schnittstelle zwischen Mikronährstoffversorgung, Aminosäurestoffwechsel, mitochondrialem Energiestoffwechsel und zellulärer Redoxregulation dar [1].

Klinische und ernährungsmedizinische Einordnung

Eine unzureichende Versorgung mit essentiellen Mikronährstoffen kann die normale Funktion einzelner antioxidativer Enzym- und Redoxsysteme beeinträchtigen. Dies ist insbesondere bei manifesten oder klinisch relevanten Mangelzuständen von Bedeutung [LL1].

Daraus folgt jedoch nicht, dass eine hohe Zufuhr antioxidativ wirksamer Mikronährstoffe bei bereits ausreichender Versorgung zu einer proportionalen Steigerung der antioxidativen Kapazität oder zu zusätzlichen gesundheitlichen Vorteilen führt. Redoxsysteme sind regulierte physiologische Netzwerke und keine einfachen chemischen Radikalfängersysteme.

Reaktive Sauerstoff- und Stickstoffspezies besitzen darüber hinaus physiologische Funktionen in Signalübertragung, Immunantwort und metabolischer Anpassung. Eine möglichst vollständige Unterdrückung dieser Signale ist daher kein sinnvolles ernährungsmedizinisches Ziel.

Im Vordergrund steht vielmehr eine bedarfsgerechte Versorgung mit den für antioxidative Enzym- und Regenerationssysteme erforderlichen Mikronährstoffen. Eine Supplementierung sollte sich an Ernährungsweise, Versorgungsstatus, klinischer Situation, Resorptionsfähigkeit und gegebenenfalls nachgewiesenen Defiziten orientieren [LL1]. Die biochemische Beteiligung eines Mikronährstoffs an einem antioxidativen Enzym ist nicht mit einem generellen Nutzen einer hochdosierten Supplementierung gleichzusetzen.

Fazit

Antioxidative Schutzsysteme bilden ein eng gekoppeltes Netzwerk aus enzymatischen und nicht-enzymatischen Komponenten. Das Glutathion-System und selenabhängige Enzyme nehmen dabei eine zentrale Stellung ein. Glutathionperoxidasen reduzieren Peroxide, GPx4 schützt Membranlipide vor oxidativer Schädigung, und Thioredoxinreduktasen unterstützen die Regeneration oxidierter Proteine. Superoxiddismutasen und Katalase ergänzen diese Systeme durch die kontrollierte Umwandlung von Superoxid bzw. Wasserstoffperoxid.

Mikronährstoffe sind integrale Bestandteile dieses Netzwerkes. Selen, Kupfer, Zink, Mangan und Eisen übernehmen strukturelle oder katalytische Funktionen in antioxidativen Enzymen. Riboflavin und Niacin unterstützen über FAD- bzw. Nicotinamid-abhängige Redoxreaktionen die Regeneration antioxidativer Systeme. Vitamin C und Vitamin E wirken zusätzlich als nicht-enzymatische Redoxpartner in unterschiedlichen Zellkompartimenten.

Für die ernährungsmedizinische Bewertung ist entscheidend, dass antioxidativer Schutz nicht auf der maximalen Zufuhr einzelner Antioxidantien beruht. Maßgeblich sind vielmehr eine bedarfsgerechte Mikronährstoffversorgung und das funktionsfähige Zusammenspiel des gesamten zellulären Redoxnetzwerks.

Literatur

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Leitlinien

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