Selen und Zink im Gewebe der Keimdrüsen

Warum hier zwei Elemente nebeneinanderstehen

Das Unionsregister der zugelassenen gesundheitsbezogenen Angaben führt für den Bereich der Fortpflanzung zwei Einträge, die zwei verschiedenen Elementen zugeordnet sind. Der eine nennt Selen, der andere Zink. Die beiden Zeilen stehen für sich; keine davon lässt sich auf das jeweils andere Element übertragen, und zusammengezogen werden dürfen sie ebenfalls nicht.

Dahinter liegen zwei ganz verschiedene biochemische Sachverhalte. Bei Selen geht es um Eiweiße, in die das Element schon beim Zusammenbau der Kette fest eingebaut wird und die später im Reifungsverlauf ihre Aufgabe wechseln. Bei Zink geht es um Ionen, die sich an fertige Eiweiße anlagern, dort deren räumliche Form halten und bei Bedarf wieder abgegeben werden.

Diese Seite schildert beide Wege getrennt voneinander und setzt die freigegebenen Sätze jeweils dorthin, wo sie hingehören: zu dem Element, dem die Verordnung sie zugeschrieben hat. Alles Übrige auf dieser Seite ist beschreibender Sachtext aus Physiologie und Lebensmittelkunde.

Was in vierundsiebzig Tagen mit einer Zelle geschieht

Die Bildung männlicher Keimzellen läuft in den Samenkanälchen des Hodens ab. Die Fachliteratur veranschlagt dafür rund vierundsiebzig Tage; hinzu kommen etwa zehn bis vierzehn Tage, in denen die Zellen den Nebenhoden durchwandern und dabei erst beweglich werden. Was in einer heutigen Probe liegt, ist demnach das Ergebnis von Vorgängen, die knapp drei Monate zurückreichen.

In diesem Zeitraum verwandelt sich eine runde Zelle mit vollständigem Zellkern in ein schmales Gebilde aus Kopf, Mittelstück und Geißel. Fast das gesamte Zellplasma wird abgeworfen, der Kern wird auf einen Bruchteil seines Volumens zusammengepackt, und die verbleibenden Mitochondrien ordnen sich schraubenförmig um den Anfang der Geißel. An mehreren dieser Umbauschritte sind die beiden hier behandelten Elemente beteiligt.

Glutathionperoxidase 4 — erst Enzym, dann Baustoff

Unter den etwa fünfundzwanzig selenhaltigen Eiweißen des Menschen fällt eines im Hodengewebe besonders auf: die Phospholipid-Hydroperoxid-Glutathionperoxidase, kurz GPX4. Jedes Molekül trägt genau eine Selenocystein-Einheit im aktiven Zentrum, also einen Aminosäurebaustein, in dem an der Stelle des Schwefels ein Selenatom sitzt.

In den frühen Reifungsstadien arbeitet GPX4 als Enzym und entschärft Fettperoxide in den Zellmembranen. Gegen Ende der Reifung wechselt das Eiweiß die Funktion: Die Moleküle vernetzen sich untereinander und bilden die feste Hülle, welche die spiralig angeordneten Mitochondrien des Mittelstücks zusammenhält. Aus einem Katalysator wird also Baumaterial — ein in der Zellbiologie eher seltener Vorgang.

Selenoprotein P und die Andockstelle ApoER2

Selen erreicht das Keimdrüsengewebe nicht als freies Ion. Die Leber baut es zunächst in ein Transporteiweiß ein, das Selenoprotein P, welches je nach Variante bis zu zehn Selenocystein-Einheiten in einer Kette trägt. Auf der Oberfläche der reifenden Keimzellen sitzt ein Rezeptor mit der Bezeichnung ApoER2, der dieses Transporteiweiß erkennt und aufnimmt.

Dieser Umweg erklärt eine Beobachtung aus der Tierphysiologie: Wird die Zufuhr knapp, sinken die Selengehalte in manchen Geweben rasch, während das Hodengewebe seinen Gehalt vergleichsweise lange hält. Die Rangfolge der Versorgung ist also nicht zufällig, sondern über Transporteiweiß und Rezeptor festgelegt.

Zinkfinger und der Austausch der Kernproteine

Im letzten Abschnitt der Reifung tauscht die Zelle ihre Kernproteine aus. Die Histone, um die der Erbstrang sonst gewickelt liegt, werden schrittweise durch Protamine ersetzt — kurze, arginin- und cysteinreiche Eiweiße. Erst dadurch lässt sich das Erbgut so dicht packen, dass es in den schmalen Kopf passt. Zink-Ionen wirken hier als Brücken zwischen den Cysteinseitenketten benachbarter Protaminmoleküle und halten die Packung in Form.

Weiter vorn im Ablauf steht eine zweite Aufgabe: Zahlreiche Transkriptionsfaktoren, die das Ablesen der zuständigen Gene steuern, tragen sogenannte Zinkfinger. Das sind Abschnitte, deren Schleifen sich um ein Zink-Ion legen. Fehlt das Ion, verliert der Abschnitt seine Form und findet die passende Stelle am Erbstrang nicht mehr.

Zink im Sekret der Vorsteherdrüse

Ein weiterer Befund betrifft nicht die Zelle selbst, sondern die Flüssigkeit, in der sie sich bewegt. Die Vorsteherdrüse gibt Zink in großer Menge an das Sekret ab; im Seminalplasma werden Gehalte gemessen, die deutlich über denen des Blutserums liegen. In der Literatur finden sich Größenordnungen um hundert bis hundertfünfzig Milligramm je Liter, wobei die Streuung zwischen Personen und Proben beträchtlich ist.

Auch auf der weiblichen Seite ist Zink an einem beschriebenen Vorgang beteiligt: Die reife Eizelle legt vor der Befruchtung einen Vorrat an Zink-Ionen an und gibt ihn im Augenblick der Befruchtung in mehreren Schüben nach außen ab. Diese Freisetzung wurde in Zellversuchen sichtbar gemacht und gehört zu den Veränderungen, die das Eindringen weiterer Zellen unterbinden.