Weshalb die Zelle diesen Schritt einem Metall überträgt
Elektronen lassen sich nicht beliebig weiterreichen. Organische Moleküle nehmen sie meist paarweise auf, während die Atmungskette einzelne Elektronen bewegt. Übergangsmetalle können genau das: ein einziges Elektron aufnehmen und wieder abgeben, ohne dass ihre Bindungen brechen.
Kupfer und Eisen teilen sich diese Aufgabe in der inneren Membran. Eisen sitzt in Hämgruppen und in Schwefelclustern, Kupfer in den beiden Zentren des letzten Komplexes. Dass ausgerechnet dort ein zweites Metall auftaucht, hängt am Redoxpotenzial: Die Kupferstellen liegen höher als die vorangehenden Eisenzentren, und Elektronen fließen nur in diese Richtung.
Wie schnell ein Elektron vierzehn Ångström überbrückt
Zwischen zwei Redoxzentren liegt in Proteinen regelmäßig ein Abstand von etwa zehn bis vierzehn Ångström. Das ist zu weit für eine direkte Berührung und zu nah, als dass ein Transportmolekül dazwischenpassen würde. Das Elektron überwindet die Strecke durch Tunneln, also ohne den Raum dazwischen tatsächlich zu durchqueren.
Die Geschwindigkeit hängt an zwei Größen: am Abstand und an der Energie, die für die Umlagerung der Umgebung aufgebracht werden muss. Je weniger sich die Proteinumgebung beim Ladungswechsel bewegen muss, desto rascher läuft die Übergabe. Genau hier setzt der Bauplan der Kupferstellen an.
Der letzte Halt, bevor Sauerstoff zu Wasser wird
Cytochrom c, ein kleines lösliches Protein, liefert die Elektronen einzeln an die Außenseite des Komplexes IV. Von dort wandern sie zur Kupferstelle in Untereinheit II, weiter zu einer Hämgruppe und schließlich zu dem Paar aus Häm und Kupfer, an dem der Sauerstoff wartet.
Vier dieser Durchgänge sind nötig, bis die Bilanz stimmt. Erst dann lösen sich zwei Wassermoleküle, und das Enzym steht für den nächsten Sauerstoff bereit. Auf die Gesamtheit der Vorgänge, in die dieser Schritt eingebettet ist, bezieht sich der Satz, den die Europäische Union für Kupfer in diesem Zusammenhang freigegeben hat:
„Kupfer trägt zu einem normalen Energiestoffwechsel bei“
Gemäß Verordnung (EU) Nr. 432/2012
Aes cyprium: ein Elementname, der von einer Insel stammt
Der lateinische Name Cuprum geht auf die Wendung aes cyprium zurück — Erz von Zypern. Die Insel war in der Antike der wichtigste Lieferant, und aus dem Beinamen wurde mit der Zeit der Stoffname. Das deutsche Wort Kupfer und das englische copper haben denselben Ursprung, das Elementsymbol Cu ebenfalls.
Für die Ernährungswissenschaft hat die Herkunft des Namens keinen Belang. Sie erklärt aber eine Merkwürdigkeit: Ein Metall, das der Mensch seit Jahrtausenden verarbeitet, wurde erst im zwanzigsten Jahrhundert als Nährstoff beschrieben. Wer ein Material als Werkstoff kennt, sucht es nicht zwangsläufig im Gewebe.