Spurenelemente

Mangan

Informationen aus der Naturheilpraxis René Gräber

René Gräber
René Gräber

Mangan (abgekürzt: Mn, Ordnungszahl: 25) ist ein Übergangsmetall der 7. Nebengruppe im Periodensystem der chemischen Elemente.

Zu dieser „Mangangruppe“ zählen Elemente mit sehr geringem Vorkommen in der Erdkruste wie Technetium und Rhenium.

Mangan steht mit einem Massenanteil von 0,1 % im Erdmantel an 12. Stelle im Häufigkeits-Ranking aller dort vertretenen Elemente. Es ist ein hartes, sprödes, silberfarbenes Metall, dessen Natur in einigen Aspekten dem Eisen ähnlich ist. Deswegen zählt Mangan auch zu den Schwermetallen.

Das Element ist Bestandteil einiger Braunsteine. Diese Mineralien sind Oxide, Carbonate und Silikate des Mangans. Beispiele dafür sind Mangandioxid (MnO2) und Manganspat (MnCO3). Die wohl größten Vorkommen sind die Manganknollen auf den Böden der Ozeane, deren Abbau allerdings zu teuer ist.

Lohnende Schürfgebiete befinden sich in Afrika, China, Russland, Australien und Amerika. Braunsteine werden entweder direkt mit Eisenerzen gemischt und zu Legierungen verarbeitet oder elektrolytisch zum elementaren Metall umgewandelt.

Die Metallindustrie nutzt Mangan zur Herstellung von Legierungen mit Eisen, Kupfer, Aluminium und Nickel. Diese Stähle haben einige Vorzüge wie Festigkeit und Korrosions-Resistenz.

In Eisen und Stahl kann Mangan störenden Sauerstoff und Schwefel beseitigen. 90 % des genutzten Mangans umfassen diese technisch bedeutsamen Legierungen, während das schiere Metall wenig verwendet wird.

Mangan-Minerale dienen sehr verschiedenen, teils sehr speziellen, Zwecken. Mangan-Oxid wird als Kathode in Alkali-Mangan-Batterien eingesetzt.

Als Oxidationsmittel wird Kaliumpermanganat (KMnO4) in der analytischen Chemie verwendet und auch als Desinfektionsmittel in hygienisch relevanten Bereichen.

Mangan hat auch eine wichtige biologische Bedeutung mit sehr weitreichenden Konsequenzen.

Das Photosystem II: der Protein-Komplex mit erdgeschichtlicher Bedeutung braucht Mangan

Ohne die Photosynthese der grünen Pflanzen und einiger Bakterien wäre das Leben in seinem heutigen Bestand nicht denkbar. Weder könnte die Energie des Sonnenlichtes eingefangen und zum Aufbau organischer Substanz genutzt werden (Autotrophie).

Noch enthielte die Atmosphäre Sauerstoff mit einem Anteil von 20 %. Heterotrophe („fressende“) Organismen wie Menschen, Tiere, Pilze und viele Bakterien hätten ohne die epochale Erfindung der Evolution keine Existenz-Grundlage.

In den Membranen der Chloroplasten in den Blattzellen der Pflanzen und in den Zellmembranen der Cyanobakterien („Blaualgen“) ist das Photosystem II eingebettet.

Dort findet ein zentraler Zwischenschritt der Photosynthese statt: die Wasserspaltung oder Photolyse. Dabei wird Wasser unter Ausnutzung von Lichtenergie in Sauerstoff und Wasserstoff-Ionen gespalten. Während die Pflanze den Sauerstoff überwiegend in die Luft abgibt, verarbeitet sie den Wasserstoff weiter und produziert damit zusammen mit CO2 Zucker.

Das Photosystem II ist ein Protein-Komplex, der im funktionellen Zentrum 4 Mangan-Ionen trägt. Ohne das Spurenelement wäre der „Lichtfänger“ wirkungslos.

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Die biologische Funktion von Mangan in Enzymen

Neben der prominenten Bedeutung in der Photosynthese sind die Funktionen von Mangan nicht auf den ökologisch wichtigen Prozess beschränkt.

Mangan ist ein essenzielles Spurenelement für alle Formen des Lebens. Das Spurenelement ist vor allem ein Cofaktor von Enzymen, die ohne Mangan nicht funktionieren. Die katalytischen Mn-Proteine sind unter fast allen Enzymklassen zu finden.

Sie alle einzeln aufzuzählen würde den Rahmen hier sprengen. Von daher sei auf die Enzymklassen kurz hingewiesen, in denen die Mangan-abhängigen katalytischen Proteine vertreten sind:

  • Oxidoreduktasen (Elektronen-Übertragung bei Reduktionen und Oxidationen: z.B. die Alkoholdehydrogenasen in der alkoholischen Gärung und die Peroxidasen, die Wasserstoffperoxid unschädlich machen)
  • Transferasen (Austausch funktioneller Gruppen zwischen Molekülen: z.B. die Transaminasen im Aninosäurestoffwechsel und die Fett-Synthetase im Aufbau der Fettsäuren)
  • Hydrolasen (Spaltung von Molekülen unter Einbau von Wasser: z.B. das Speichelenzym Amylase, die Stärke in Einzelzucker spaltet und die Arginase des Harnstoffzyklus, die Arginin in Ornithin und Harnstoff spaltet.)
  • Lyasen (Spaltung von Molekülen ohne den Einbau von Wasser: z.B. die Aldolase, die Fructose spaltet)
  • Isomerasen (Molekül-Umlagerungen: z.B die Topoisomerase, die die DNA zur Superhelix spiralisiert)
  • Ligasen (Molekül-Verknüpfungen: z.B. wird durch den Einbau von Kohlendioxid eine organische Säure hergestellt wie die Acetyl-Carboxylase, die auf diese Weise Fettsäuren produziert)
  • Integrasen (Das virale Enzym kann Virus-DNA in die DNA der infizierten Wirtzelle einbauen)
  • DNA-Polymerasen (DNA-Aufbau: z.B.: die reversen Transkriptasen vieler Retroviren, die mit dem Enzym ihre RNA in DNA umschreiben können, sodass die befallene Zelle Virenproteine produziert)

Gut erforscht ist die Mn-Superoxid-Dismutase (Mn-SOD)

Die Mn-SOD ist eine Form der Superoxid-Dismutase, die in den Mitochondrien und Peroxisomen höherer Zellen vorkommt. Diese Oxidoreduktase ist weiterhin verbreitet in den meisten Bakterien.

Diese Tatsache deutet auf die Wahrscheinlichkeit hin, dass Mitochondrien ursprünglich Bakterien waren, die von anderen Zellen einverleibt und funktionalisiert wurden.

Die Mn-SOD ist möglicherweise entwicklungsgeschichtlich eines der ältesten Enzyme, denn praktisch alle sauerstoffabhängigen Lebewesen benutzen sie, um die toxischen Effekte von Superoxiden zu eliminieren.
Hierbei verwandelt die Mn-SOD aggressive Sauerstoff- und Wasserstoff-Ionen zu Sauerstoff und Wasserstoffperoxid.

In dieser Redoxreaktion werden Mangan-Ionen vom zwei- (Mn2+) in den dreiwertigen (Mn3+) Oxidationszustand überführt. Das ebenfalls aggressive Wasserstoffperoxid wird in der Zelle durch spezielle weitere Enzyme zu Wasser und Sauerstoff abgebaut. Einige dieser Katalasen enthalten ebenfalls Mangan-Ionen im katalytischen Zentrum.

Wie wichtig die Mn-SOD ist, belegt eine Reihe von experimentellen Untersuchungen. So gedeiht Hefe, dem mitochondriales SOD fehlt, nur sehr bescheiden, während sie unter anaeroben Bedingungen deutlich besser gedeiht. Grund dafür ist das Fehlen von Superoxiden unter den anaeroben Bedingungen.

Mäuse, die kein Mn-SOD aufweisen, sterben 21 Tage nach der Geburt aufgrund von Neurodegeneration, Kardiomyopathien (Herzmuskelerkrankungen) und Milchsäureazidose.

Ein Fehlen von zytosolischer SOD (Zytosol = Flüssigkeit im Zellinneren), eine Mangan-unabhängige SOD, bewirkt bei diesen Mäusen eine Reihe von Erkrankungen, eine reduzierte Lebenserwartung, Leberkrebs, Muskelatrophien, Katarakte, Rückbildung des Thymus, hämolytische Anämie und eine rasche altersabhängige Abnahme der weiblichen Fruchtbarkeit.

Ein paar Bakterien, wie Lactobacillus plantarum, benutzen zu ihrem Schutz gegen Superoxide einen enzymunabhängigen Mechanismus, der aber nichtsdestotrotz auf Mangan-Ionen (Mn2+) aufgebaut ist.

Ein Komplex mit Polyphosphaten ist hier direkt in der Lage, Superoxide zu neutralisieren. Entwicklungsbiologen vermuten hier eine Art Vorläufermechanismus zur heutigen Mn-SOD.

Vorkommen von Mangan in nicht enzymatischen Proteinen

Mangan ist auch ein Cofaktor in den Integrinen. Diese Transmembran-Proteine dienen der Signal-Vermittlung zwischen Zellinnen- und Außen-Raum.

Daneben zählen viele Lektine zu den Mn-abhängigen Makromolekülen. Die komplexen Proteine und Glykoproteine (Proteine mit Kohlenhydratketten) steuern vor allem in Pflanzen, manche aber auch im Säugetier, einige Stoffwechselvorgänge.

Zu den Lektinen zählen daneben viele Toxine wie das Diphtherietoxin. Das bakterielle Gift blockiert die RNA und damit die Proteinbosynthese.

Die Wirkungen von Mangan im menschlichen Organismus

Die zahlreichen Stellen, an denen Mangan in unserem Körper gebraucht wird, sind für viele physiologische Funktionen lebenswichtig. Der Stoffwechsel der Eiweiße, Fette und Kohlenhydrate läuft nur dann zufriedenstellend an, wenn das Spurenelement ausreichend verfügbar ist.

Insulin, Sexual- und Schilddrüsen-Hormone können ohne Mangan kaum produziert werden. Auch die Blutgerinnung und der Zellschutz sind ohne die Schwermetall-Ionen herabgesetzt. Daneben kann Mangan Magnesium im Energie-Stoffwechsel ersetzen und hilft bei der Nutzung von Vitamin B1.

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Bedarf und Vorkommen von Mangan

Der menschliche Organismus enthält etwa 10 bis 40 Milligramm Mangan. Das Spurenelement wird hauptsächlich in der Leber, Bauchspeicheldrüse, Knochen und den Nieren gespeichert. Im menschlichen Gehirn kommt Mangan als Verbindung mit Metalloproteinen, meist mit Glutamat-Ammonium-Ligase, in den Astrozyten vor.

Der tägliche Bedarf liegt bei 2 bis 5 Milligramm. Die durchschnittliche Zufuhr an Mangan in Deutschland liegt mit 2,5 Milligramm im ausreichenden Maß. Von daher sind Manganmangelerscheinungen beim Menschen selten.

Nahrungsmittel, die besonders reich an Mangan sind, sind:

  • Weizenkeime,
  • Schwarzer Tee,
  • Haferflocken,
  • Heidelbeeren,
  • Haselnüsse,
  • Leinsamen,
  • Sojabohnen,
  • Roggenvollkornbrot etc.

Mangan-Mangel

Mangan-Mangel verursachte im Tierexperiment Skelettveränderungen, neurologische Störungen, Beeinträchtigungen im Kohlenhydrat-Stoffwechsel sowie Fruchtbarkeits- und Wachstumsstörungen.

Ähnliche Symptome sind auch beim Menschen zu beobachten. Die Betroffenen verlieren Körpergewicht, die Knochendichte nimmt ab und die Fähigkeit zur Blutgerinnung ist reduziert.

Ernst zu nehmen ist auch eine geschwächte Körperabwehr gegen Infektionen, Kramfpanfälle und Nervenkrankheiten wie Psychosen.
Ein Mangan-Mangel entsteht bei gewöhnlicher Ernährung nur dann, wenn der Darm das Spurenelement nicht ausreichend resorbiert.

Dies ist bei verschiedenen Erkrankungen der Fall, insbesondere und typischerweise bei der Erbkranklheit Phenylkenonurie. Daneben können einige Minerale bei zu hoher Aufnahme Mangan bei der Resorption verdrängen.

Deswegen sollte nicht dauerhaft zu viel Eisen, Calcium, Phosphat oder Zink supplementiert werden. Zu berücksichtigen ist auch, dass der Mangan-Bedarf bei stark zehrenden Krankheiten und in der Schwangerschaft erhöht ist.

Einen Mangan-Mangel erkennt der Arzt anhand von Blut- und Urin-Analysen. Die Mangan-Konzentration ist dann zu niedrig, manchmal auch die günstigen HDL-Cholesterine. Hingegen können die Werte für Glucose, Calcium und Phosphat erhöht sein.

In dieser Situation sollte die Ernährung optimiert und eventuelle Darmerkrankungen behandelt werden.

Der Manganismus und die akute Mangan-Vergiftung

Mangan-Verbindungen sind weniger toxisch als vergleichbare Verbindung mit anderen Metallen und Kupfer. Jedoch sollte man sich nicht zu intensiv Manganstaub und -dämpfen aussetzen.

Dieses Risiko besteht an vielen Arbeitsplätzen der Metallindustrie, im Mangan-Bergbau, der Batterie-Produktion und in Branchen, wo Lacke hergestellt oder verarbeitet werden. Schon Werte von 5 Milligramm pro Kubikmeter für einen kurzen Zeitraum wirken toxisch.

Eine Manganvergiftung äußert sich in einer reduzierten Koordination der Bewegung und kognitiven Störungen. Namensgebend ist die Mangan-Pneumonie, bei der es sich um eine ernste Lungenentzündung mit hohem Fieber handelt.

Eine spezifische Form der neurodegenerativen Erkrankung, die dem Parkinson-Syndrom ähnelt, wurde gehäuft bei Arbeitern beobachtet, die im frühen 19. Jahrhundert in Manganminen und -schmelzen arbeiteten.

Die Variante von Parkinson wird als Manganismus bezeichnet. Eine Studie aus dem Jahr 2010 konnte zeigen, dass höhere Konzentrationen von Mangan im Trinkwasser zu einer reduzierten intellektuellen Entwicklung und niedrigeren IQ-Werten bei Schulkindern führt.

Permanganate sind Salze des Mangans mit einem einfach geladenen MnO4-. Sie sind deutlich giftiger als Mangan(II)-Verbindungen. Die tödliche Dosis liegt bei 5 bis 8 Gramm.

Der bei der Vergiftung auftretende starke oxidative Effekt sorgt für einen Nekrose von Schleimhäuten. So ist z.B. die Speiseröhre betroffen, falls das Permanganat geschluckt wird. Innerhalb des Gastrointestinaltrakts wird nur ein begrenzter Prozentsatz resorbiert.

Jedoch genügt dieser geringe Teil schon, um Nieren und Leber nachhaltig zu schädigen.

Bei einer akuten Mangan-Vergiftung kann das Schwermetall mit Chelatbildnern wie EDTA (Ethylendiamintetraessigsäure) ausgeleitet werden.

Die Komplex-Verbindungen schließen die Metallionen ein und bringen sie in Lösung. In dieser Form kann Mangan über die Nieren in den Urin abgegeben werden.

Quellen:

Beitragsbild: 123rf.com – PAPAN SAENKUTRUEANG

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