Wie aus einer Zelle zwei werden

Zellteilung ist Alltag, nicht Ausnahme

Die Vorstellung, Zellteilung sei ein seltenes Ereignis, hält einem Blick auf die Zahlen nicht stand. Während Sie diesen Absatz lesen, hat Ihr Knochenmark rund zwei Millionen neue rote Blutkörperchen pro Sekunde in den Kreislauf entlassen. Die Schleimhaut des Dünndarms tauscht ihre Deckschicht innerhalb weniger Tage vollständig aus. Nur wenige Gewebe — das Großhirn etwa, oder der Herzmuskel — halten sich weitgehend heraus.

Jede dieser Teilungen setzt denselben Vorgang voraus: Die gesamte Erbinformation muss zuvor in zwei identischen Ausfertigungen vorliegen. Bei einer menschlichen Zelle sind das gut drei Milliarden Basenpaare je Strangsatz, die in einem Zeitfenster von wenigen Stunden nachgebildet werden. Die Fehlerrate liegt am Ende, nach allen Korrekturschritten, in der Größenordnung von einem falsch eingebauten Baustein je Milliarde.

Damit dieser Vorgang überhaupt beginnen kann, müssen Rohstoffe bereitstehen — darunter auch Mineralstoffe, die als fester Bestandteil der beteiligten Eiweiße gebraucht werden. Für zwei von ihnen hat die Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit Gutachten vorgelegt, auf deren Grundlage die EU-Kommission Angaben in die Verordnung (EU) Nr. 432/2012 aufgenommen hat. Chalzedonweg gibt diese Sätze unverändert wieder und stellt jeweils daneben, welcher biochemische Vorgang gemeint ist.

Acht Stunden S-Phase, Nukleotid für Nukleotid

Die Verdopplung des Erbguts füllt einen eigenen Abschnitt des Zellzyklus, die S-Phase. Sie dauert bei menschlichen Zellen typischerweise sechs bis acht Stunden und läuft nicht an einer einzigen Stelle ab, sondern an mehreren zehntausend Startpunkten gleichzeitig. Von jedem dieser Punkte aus wandern zwei Kopiermaschinen in entgegengesetzte Richtungen auseinander.

Die Rechnung: 6,4 Milliarden Bausteine je Durchgang

Ein diploider Chromosomensatz umfasst rund 6,4 Milliarden Nukleotide. Genau so viele Bausteine muss die Zelle heranschaffen, chemisch passend machen und in der richtigen Reihenfolge einbauen, bevor sie sich teilen darf. Die Bausteine liegen dabei nicht als Vorrat bereit: Der Pool freier Desoxyribonukleotide reicht in einer typischen Zelle nur für wenige Minuten Kopierarbeit, er wird während der gesamten S-Phase laufend nachproduziert.

Die Nachproduktion ist der Punkt, an dem beide hier besprochenen Mineralstoffe ins Spiel kommen — jeder auf seine Weise und mit einem eigenen Eintrag in der Unionsliste:

Vier Eisenatome und ein Schwefelgitter in den Kopierenzymen

Lange galt Eisen im Zellkern als Randerscheinung. Seit den Strukturaufklärungen der vergangenen zwei Jahrzehnte ist bekannt, dass mehrere der Enzyme, die den DNA-Doppelstrang öffnen und ablesen, ein Metallcluster aus je vier Eisen- und vier Schwefelatomen tragen. Betroffen sind unter anderem die Primase, die den ersten kurzen Startabschnitt legt, sowie die Helikasen, die den Strang entwinden.

Der bekannteste eisenabhängige Schritt liegt jedoch davor: Die Ribonukleotid-Reduktase des Menschen trägt zwei Eisenatome, die gemeinsam ein langlebiges Radikal an einem benachbarten Tyrosinrest erzeugen. Dieses Radikal wird bei jedem Umsatz an das Substrat weitergereicht und danach zurückgeholt. Ohne funktionsfähiges Metallzentrum bleibt die Umwandlung aus, und der Nachschub an DNA-Bausteinen versiegt.

Die Faltung, die ohne das Ion zusammenfällt

Zink arbeitet anders. Es wechselt seine Ladung nicht, gibt keine Elektronen ab und nimmt keine auf — es hält Strukturen. Ein Zinkfinger besteht aus einer kurzen Kette von etwa 30 Aminosäuren, von denen vier das Ion umklammern. Erst dadurch entsteht die kompakte Form, die in die große Furche der Doppelhelix greift und ein bestimmtes Sequenzmuster erkennt. Wird das Ion entfernt, verliert das Eiweiß seine Form und damit seine Aufgabe.

Das menschliche Erbgut kodiert über siebenhundert solcher Zinkfinger-Eiweiße; viele davon sind Transkriptionsfaktoren, die darüber mitbestimmen, welche Abschnitte abgelesen werden und wann eine Zelle in die S-Phase eintritt. Hinzu kommen die Polymerasen selbst, in deren aktivem Zentrum ein Zink-Ion die Position des einzubauenden Bausteins mitbestimmt. Auf diesen Zusammenhang bezieht sich der zweite Zink-Eintrag der Unionsliste:

Beide Elemente sind über die Nahrung zu decken; der Organismus stellt sie nicht selbst her. Wie viel davon in gängigen Portionen steckt, welche Zufuhrwerte für welche Lebensphase gelten und was die Aufnahme im Darm dämpft, führt die Betrachtung mit Tabellen aus.