Vitamine und Spurenelemente1. Übersicht

1.1 Nomenklatur1.2 Gehalt in Nahrungsmitteln1.3 Störungen im Vitaminhaushalt

2. Ausgewählte Vitamine und Mangelzustände

2.1 Vitamin A2.2 Vitamin B12.3 Folsäure2.4 Vitamin C

3. Spurenelemente

Vitaminelebenswichtige Stoffe, die vom Organismus nicht oder in zu geringem Maße synthetisiert werden

in Mikromengen benötigte essentielle Nahrungsbestandteile

historische Nomenklatur nach Buchstaben

heute: dominieren chemische Bezeichnungen

Einteilung nach Löslichkeit

Fettlösliche Vitamine Wasserlösliche Vitamine

Vitamine A, D, E, F, K Vitamine der B-Gruppe, CFolsäure, Bioflavonoide

Täglicher Vitaminbedarfumfangreiche Tabellen

erhöhter Bedarf bei Infektionen, Schwangerschaft und schwerer körperlicher Arbeit

der tägliche Vitaminbedarf hängt von individuellen Gegebenheiten ab

Vitamingehalt in Nahrungsmittelnumfangreiche Tabellen

Verlust an Vitaminen bei Lagerung und Zubereitung (insbesondere beim Kochen)

bei abwechslungsreicher und ausgewogener Ernährung ist keine Vitamin-Supplementierung erforderlich

„Vitaminkiller“: Wärme, Luft, Wasser

Störungen im VitaminhaushaltVitaminmangel (Hypo- und Avitaminosen)

durch einseitige und unzureichende Ernährung

früher: häufiger, heute seltener in hoch entwickelten Ländern

aber: auch heute oft falsch zusammengestellte (einseitige) Ernährung

Resorptionsstörungen (Darmerkrankungen)

Stoffwechseldefekte

erhöhter Gehalt an Vitamin-Antagonisten (Antivitamine)

erhöhter Vitaminbedarf (Infektionen, Wachstumsphasen, Schwangerschaft)

Überangebot an Vitaminen (Hypervitaminosen)

nur für die stark speicherbaren Vitamine A und D bekannt

Hypo- und Hypervitaminosen führen zu spezifischen Krankheitsbildern

Vitamin-SupplementationEinzige Indikation: Substitutionstherapie bei entsprechendem Mangel

Prophylaktische Gabe von „Multivitamin-Präparaten“

unnötig bei Menschen im „Vitamin-Gleichgewicht“ (Lehrmeinung)

Zahlenwerte

Vitaminproduktion im Jahr 2000 in Deutschland: 450 Mill. Eurodavon ärztlich verordnet 3 Mill. Euro

jeder dritte Bürger nimmt regelmäßig Vitamin- undMineralstoffpräparate ein

300 Euro / Jahr

Vitamintabletten können den Nutzeffekt von Obst und Gemüse nicht einfach imitieren, da sie nur einen sehr kleinen Anteil der 5000 bis 10000 verschiedenenSubstanzen in unserer Nahrung darstellen

Funktionen wasserlöslicher VitamineGruppen-übertragende Coenzyme

außer Ascorbinsäure und Thiamin

Vitamin Übertragene Gruppe

Niacin, Riboflavin Wasserstoff

Biotin CO2

Pantothensäure Acyl-Reste

Folsäure, Vitamin B12 1-Kohlenstoff-Reste

Thiamin: Coenzym, ist beteiligt an der oxidativen Decarboxylierung von α-Ketosäuren

Askorbinsäure: effektives Reduktionsmittel, Aufrechterhaltung der oxidativenHomöostase, hält Fe und Cu in Enzymen in der für die Katalyse notwendigen reduzierten Form

Funktionen fettlöslicher VitamineFunktionen sind wesentlich heterogener im Vergleich zu den wasserlöslichenVitaminen

Vitamin ARetinol: Glykoprotein-BiosyntheseRetinal: SehvorgangRetinoat: Regulation der Genexpression

Vitamin DCalcium-Resorption, Knochenbildung, Effekte auf Genexpression

Vitamin E

Antioxidans, Radikalfänger, Aufrechterhaltung der oxidativen Homöostase

Vitamin K

Coenzym für die γ-Carboxylierung von Glutamylresten in spezifischen Proteinen

Vitamin ARetinol, Axerophtol, Vitamin A1

CH2OH all-trans-Retinol

CHO all-trans-Retinal

COOH Retinsäure

diverse Bindungs- und Transportproteine

Vitamin AFunktionen

Ausgangssubstanz für das Sehpurpur (Retinal)

normales Wachstum und Funktion von Epithelzellen (Retinol, Retinsäure)

Mangelzustände

Sehstörungen (beginnend mit Nachtblindheit)

Epithelschädigung (Xerophthalamie, Keratomalazie)

Vergiftungssymptome

bei langandauernder Zufuhr großer Dosen

reizbare, trockene Haut, blutende Mundwinkelrhagaden, Periostschwellungenund -auflagerungen

wichtig für Sehvorgang

Reproduktion (Retinol)

Verringerung der Knochendichte, Osteoporosegefahr

Vitamin A

Vitamin A und Sehvorgang

Vitamin A und Sehvorgang

Beri-Beri

Mangel an Thiamin (Vitamin B1)

Krankheitsbild

Müdigkeit, Appetitsverlust, verlangsamte Herztätigkeit, Muskelschwäche, zum Teil auch Ödeme, Paraesthesien,Paresen, paralytische Erscheinungen

Vorkommenbei einseitiger Ernährung mit poliertem ReisBegleiterscheinung bei chronischem Alkoholkonsum

Wirkungen von Vitamin B1

Coenzym mehrerer Enzyme: Pyruvatdehydrogenase, Transketolase,Phosphoketolase, Glyoxalsäurecarboxyligase

wichtig für den Kohlenhydratstoffwechsel

HN

NH2

N

N

SCOOH

PellagraMangel an Nicotinsäure (Niacin) bzw. Nicotinamid (Niacinamid)

der Bedarf wird zu 2/3 aus Tryptophan und 1/3 aus externer Nicotinsäure (bzw.Nicotinamid) gedeckt

NH

COOH

NH3

N

COOH

Tryptophan

Nicotinat (Niacin)

Vorstufe für NAD+ und NADP+

NH

NH3

HO

Serotonin

(auch als Vitamin PP bezeichnet)

Pellagra

Krankheitsbild

Dermatitis, Dementia, Diarrhö

Erkrankung beginnt mit Appetitlosigkeit, Gewichtsverlust, Schwindelanfällen,Depressionen, gesteigerter Lichtempfindlichkeit der Haut

Vorkommeneinseitige Mangelernährung mit Mais, Maisproteine enthalten kaum Tryptophan

Wirkungen von Nicotinsäure bzw. Nicotinamid

Bestandteil der Pyridinnucleotide NAD+ bzw. NADP+, Coenzyme

Folsäure

HN

O

H2N N

N

N

NH

HN

O

H

COOH

COOH

Pteridin p-Aminobenzoat Glutamat

Pteroinsäure

Pteroylmonoglutamat (Folsäure)

Pteroylpolyglutamat enthält bis zu sieben Glutaminsäurereste

wird im Darmlumen teilweise zu Folsäure hydrolysiert

Folsäure in NahrungsmittelnPteroylmonoglutamat Pteroylpolyglutamat

etwa 40%

wird nahezu vollständigresorbiert

etwa 60%

nur etwa 1/5 dieser Mengewird resorbiert

Nahrungsmittel mit hohem Gehalt an Folsäure

Leber, grünes Blattgemüse (z. B. Spinat), Hülsenfrüchte, Milch, Käse

Gesamtfolat

Folsäureäquivalente

Summe aus Pteroylmono- und -polyglutamat

Monoglutamat + 0,2 x Polyglutamat

Bedarf an Folsäure

Säuglinge 40

Kinder 1 – 4 Jahre 60

4 – 7 Jahre 80

7 – 10 Jahre 100

10 – 13 Jahre 120

13 – 15 Jahre 150

Jugendliche und Erwachsene 150

Schwangere 300

Stillende 225

Folsäureäquivalente, µg/d

Wirkungen der Folsäure

wichtig für Zellteilungs-, Wachstums-und Differenzierungsprozesse (insbesondere im Embryo und Fetus)

aktiver Metabolit: 5,6,7,8-Tetrahydrofolsäure

Akzeptor und Überträger von C1-Fragmenten

DNA-Synthese

Aminosäurestoffwechsel

Neurotransmitter-, Myelin- und Phospholipidsynthese

gemeinsam mit Vitamin B12: Homocystein-Methyltransferase-Reaktion

bei Vitamin B12-Mangel treten gleiche hämatologische Symptome auf wie beiFolsäuremangel

wird durch Reduktasen aus Folsäure in den Mukosazellen gebildet HN

O

H2N N

N

NH

H

Tetrahydrofolat ←→ 5-Methyltetrahydrofolat

Homocystein-Methyltransferase-Reaktion

COO-

H3N C H

CH2

CH2

S

CH3

+ ATP

- (PPi + Pi)

COO-

H3N C H

CH2

CH2

S

CH3

Methionin

Adenosin+

S-Adenosylmethionin

COO-

H3N C H

CH2

CH2

SH

R

R-CH3 Adenosin

Homocystein

diverseMethyltransferasen

5-Methyltetra-hydrofolat

Tetrahydrofolat

Methionin-SynthaseCofaktor: Vitamin B12

COO-

H3N C H

CH2

SHCystein

Cofaktor:Vitamin B6

Vitamin B12

Cobalamin

enthält ein Corrinringmit einem zentralenCobaltion (Co+)

Coenzym

bei Cyanidvergiftungen alsCyanidfänger

Homocysteinerhöhte Homocysteinwerte

genetisch bedingte Enzymdefekte (Cystathionin-Synthase, Methyltetrahydrofolat-Reduktase)

Mangel an Vitamin B6, Vitamin B12 oder Folsäure

bestimmte Nierenerkrankungen

Folsäuregaben senken den Homocysteinspiegel

Wirkungen von Homocystein

Risikofaktor für Arteriosklerose

fördert die Oxidation von LDL

schädigt Endothelzellen

fördert die Ausbildung von arteriosklerotischen Plaques

hemmt die NO-Synthese

verstärkt die Synthese von Thrombozyten

Folsäuremangelungenügende Aufnahme mit der Nahrung

verminderte Resorption

Malabsorptionssyndrom (Zoeliakie, Morbus Crohn, Lebererkrankungen,Alkoholismus)

erhöhter Bedarf

Wachstumsprozesse, biologische ReifungInfekte, hämolytische Anämie, Hämodialysegeneralisierte maligne TumoreSchwangerschaft, Laktation

Interferenzen mit Pharmaka

Folatanaloga: Methotrexat, Aminopteridin, Pyrimethamin, Triamteren, Trimethoprim,Pentamidin

Pharmaka mit Einfluss auf Resorption/Utilisation: Phenytoin, Primidon, Barbiturate,Carbamazepin, Valproinsäure, Salazosulfapyridin, orale Kontrazeptiva?

Fehlernährung

FolsäuremangelSymptome

Störungen in proliferierenden Geweben, Wachstumsstörungen

geringe Körperreserven an Folsäure!

Übersegmentierung von neutrophilen Granulozyten

Abnahme der Anzahl von Erythrozyten

Schleimhautveränderungen

gastrointestinale Störungen, Durchfälle

Wirbelsäule, Rückenmark („spina bifida“, offener Rücken): Lähmungen undGefühlsstörungen der Beine, Fehlstellungen der Füße, Störungen derBlasen- und Darmentleerung

Störungen der Fortpflanzung, Missbildungen

Kopfbereich (Anencephalus, Encephalocele): Kinder sind meist nichtlebensfähig oder haben schwere körperliche und geistige Behinderungen

Folsäureprophylaxe in Schwangerschaft

Primärprophylaxe

Folsäure-reiche Ernährung (Gemüse, Früchte, Vollkornprodukte)

zusätzlich 0,4 mg Folsäure täglich (als Monopräparat oder als Bestandteil einesMultivitaminpräparates)

Sekundärprophylaxe

es wurde bereits ein Kind mit Neuronalrohrdefekt geboren

mindestens vier Wochen vor bis acht Wochen nach Schwangerschaftsbeginn4 – 5 mg Folsäure täglich (Mono- oder Multivitaminpräparat)

Vitamin CAskorbinsäure

O O

OH

CH2OH

HO OH

O O

OH

CH2OH

HO O-

O O

OH

CH2OH

-O O-

- H+ - H+

pKa = 4,17 pKa = 11,79

O O

O O-H

-O O

O OH

Askorbinsäure ist eine Mesomerie-stabilisierte Säure

Vitamin CRedoxformen der Askorbinsäure

O O

OH

CH2OH

HO O-

O O

OH

CH2OH

•O O-- e-, - H+ - e-

O O

OH

CH2OH

O O

Askorbinsäure(reduzierte Form)

Askorbyl-RadikalSemidehydroaskorbinsäure

Dehydroaskorbinsäure

zwei Askorbylradikale dismutierenzu Askorbinsäure und Dehydroaskorbinsäure

Funktionen von Vitamin Cschützt Fe2+ in Hydroxylasen vor Oxidation zu Fe3+

Kollagenbiosynthese (Prolyl-Hydroxylasen, Lysyl-Hydroxylase)Carnitinbiosynthese

Noradrenalinbiosynthese

Bildung von Peptidhormonen

wasserlösliches Antioxidans

fördert Wundheilung und Narbenbildung

notwendig für Knochen-, Zahn- und Blutbildung

begünstigt die Synthese von Stresshormonen

verbessert die Eisenaufnahme

stärkt das Immunsystem

Kollagen

wichtiges Strukturprotein der extrazellulären Matrixhäufigste aller Proteine (> 30 %)

in Knochen, Zähnen, Knorpel, Sehnen, Bändern, Hautsehr hohe Zugfestigkeit

jede dritte Aminosäure: Glycinhäufige Sequenz: Pro-Hydroxyprolin-Gly

drei Ketten bilden eine Tripelhelix

über 28 verschiedene Kollagentypen

fibrilläre Kollagenenetzbildenden Kollagenefibrillenassoziierte Kollagene

perlschnurartige KollageneVerankerungsfibrillenKollagene mit Transmembrandomänen

Struktur eines typischen Kollagenmoleküls

Kollagen

Glycin ist die einzigste Aminosäure, die kleingenug ist, um im Innern der Triplehelix Platz zu finden

Hydroxyprolin stabilisiert die Tripelhelix

Prolin unterstützt die Ausbildung enger Windungen in der Tripelhelix

Pro-Hydroxyprolin-Gly-Sequenz

Kollagen

ProlylhydroxylaseLysylhydroxylase

beide Enzyme benötigen Askorbinsäure als Kofaktor

Hydroxylysin Hydroxyprolin

Lysin und Prolin werden im Procollagen hydroxyliert

Kollagen

Quervernetzung erfolgt zwischen Lysin und Hydroxylysinresten vornehmlich annicht-helicalen Abschnitten der Kollagenfibrillen

Lysyloxidase wandelt Lysin- bzw. Hydroxylysinreste in Aldehyde um

spontane Ausbildung intermolekularer Brücken

hochgradig geordnete Strukturen

Vitamin C und SäugetiereSynthese

Glucose Gulonolacton Askorbinsäuredrei Enzyme Gulonolacton-Oxidase

Hund 40

Katze

Ratte

Maus

Mensch

40

150

275

0

Syntheseratein mg / (kg d)

Gehalt an Vitamin C im Körpergewebe

Säugetiere: 2000 – 3000 mg/kg

Mensch: 25 mg/kg

Vitamin C-MangelSkorbut

früher: Seefahrer, Stadt- und Landbevölkerung

Blutungen: vor allem Zahnfleisch, in schweren Fällen unter der Haut, Muskulatur,Waden

Blutarmut

allgemeine Schwäche

Spurenelementefrüher: chemische Elemente, deren Gehalt aufgrund geringer Gewebekonzentration bzw.

methodischer Probleme nicht exakt bestimmt werden konnte

heute: alle chemischen Elemente mit weniger als 0,01% Anteil an der Gesamtkörpermasse

Essentielle Spurenelemente:

Chrom Cr 50 – 200 µgMangan Mn 2 – 5 mgEisen Fe 10 – 30 mgKobalt CoKupfer Cu 1,5 – 3 mgZink Zn 12 – 20 mgSelen Se 20 – 100 µgMolybdän Mo 75 – 250 µgIod I 0,1 – 0,3 mg

Neue Spurenelemente:

Lithium, Silicium, Vanadium, Nickel, Arsen, Strontium, Blei

Kenntnisse über Funktionen sind sehr lückenhaft

täglicher Bedarf

EisenVorkommen

Hämoglobin, Myoglobin, Häm-Peroxidasen, Cytochrom C, Cytochrom C Oxidase,Fe-S-Cluster bestimmter Enzyme, Lipoxygenase, Flavoproteine

Freies Eisen (in Form von Fe2+ ist hochgradig toxisch)

Transportproteine: Transferrin

Speicherproteine: Ferritin

Wichtige physiologische Effekte

Gastransport, Atmung (Gefahr einer Eisen-Mangel-Anämie)

ZinkVorkommen

Carboanhydrase, Carboxypeptidase, Alkoholdehydrogenase, DNA-Polymerase,RNA-Polymerase, Transkriptionsfaktoren, Zinkfinger-Proteine

in über 200 Enzymen enthalten

wichtige physiologische Effekte

Wachstum, Zellerneuerung, Wundheilung

Spermatogenese, Bereitstellung befruchtungsfähiger Eizellen

Stärkung des Immunsystems, T-Lymphozyten

Bestandteil antioxidativer Schutzsysteme

Verbesserung von Sinneswahrnehmungen (Sehen, Riechen, Schmecken)

ZinkTäglicher Bedarf

Zink kann im Körper nicht lange gespeichert werden, regelmäßige Zufuhr

Kinder: 5-10 mg

Erwachsene: 15 mg

Schwangere,Stillende

20 mg

Zinkreiche Nahrungsmittel

Austern, Fleisch, Leber, Milch, Eigelb, Getreidekörner, Nüsse, Erbsen, Karotten

Zink wird besser vom Körper aufgenommen, wenn es zusammen mit tierischemEiweiß gegessen wird

ZinkZinkmangel (erhöhtes Risiko)

nach erhöhtem Alkoholkonsum, Entzündungen, operativen Eingriffen, Schwangerschaften

Zeichen eines Zinkmangels

Müdigkeit, Antriebsmangel, abnehmende körperliche Leistungsfähigkeit

Depression

überdurchschnittliche Infektanfälligkeit, Wundheilungsstörungen

brüchige Nägel und Haare, weiße Flecken auf Nägeln, Haarausfall

Nachtblindheit, Augentrockenheit

mangelndes sexuelles Interesse

Blutarmut, Appetitlosigkeit

KupferVorkommen

Cytochrom-Oxidase, Diphenyl-Oxidase, Superoxiddismutase, Amin-Oxidase,Tyrosin-Hydroxylase, Flavoproteine, Ceruloplasmin (Ferrioxireduktase)

Wichtige physiologische Effekte

Aminosäurestoffwechsel, Synthese von Immunoglubulinen

Synthese des kollagenen Bindegewebes (Lysyl-Oxidase)

Synthese und Abbau von Katecholaminen (Monoaminooxidasen)

Weitere SpurenelementeMangan

Peptidasen, Arginase, Glutamin-Synthase, Pyruvat-Carboxylase,Isocitrat-Dehydrogenase

MolybdänAldehyd-Oxidase, Xanthin-Oxidase, Sulfit-Oxidase

SelenGlutathion-Peroxidase, Thyroxin-Deiodase,

Selenocystein als seltene Aminosäure

Vanadiumbestimmte Phosphatasen

Antivitamine (Vitamin-Antagonisten)Gegenspieler von Vitaminwirkungen

Vitaminmangelsymptome

nur bei massiver Fehlernährung bzw. extrem einseitiger Ernährung

Hemmung der Vitaminsynthese

Hemmung der Vitaminresorption im Darm

Kompetitive Hemmung der Vitaminwirkung im Stoffwechsel

Hemmung von Koenzymen

Beschleunigter Abbau von Vitaminen

Spaltung von Vitamin B1 durch Thiaminasen (schwarzer Tee, Farne, Schellfisch)

Komplexierung von Kupfer durch Penicillamin Auswirkungen auf Vitamin B6Komplexierung von Zink durch Phytate (bestimmte Weizenmehle)

Auswirkungen auf Folsäure, Vitamine B6 und A

Vitamin B6-Antagonisten: Linatin (Leinsamen), Phenylhydrazin (Frühjahrslorchel) u.a.

verminderte Resorption von Vitamin B1 (Alkoholmissbrauch) und B6 (Zinkdefizite und Alkohol)

Hemmung der Vitamin K-Reduktase durch Dicumarol (verdorbener Süßklee) oderLapachol (Samen bestimmter tropischer Pflanzen)