Vitamin

Vitamin

Dieser Artikel behandelt organische Verbindungen. Für den gleichnamigen Manga siehe Vitamin (Manga).

Vitamine sind organische Verbindungen, die der Organismus nicht als Energieträger, sondern für andere lebenswichtige Funktionen benötigt, die jedoch der Stoffwechsel nicht bedarfsdeckend synthetisieren kann. Vitamine müssen mit der Nahrung aufgenommen werden, sie sind essenziell. Pflanzen benötigen keine Vitamine, sie können alle organischen Stoffe selbst synthetisieren. Einige Vitamine werden dem Körper als Vorstufen (Provitamine) zugeführt, die der Körper dann erst in die Wirkform umwandelt. Man unterteilt Vitamine in fettlösliche (lipophile) und wasserlösliche (hydrophile) Vitamine.

Bei unterschiedlichen Tieren gelten zum Teil verschiedene Substanzen als Vitamine. So können z. B. die meisten Tiere, auch Säugetiere, Vitamin C produzieren, sie haben keinen derartigen Vitamin-Bedarf. Primaten (auch Menschen), Meerschweinchen und Flughunde können dies aufgrund des Fehlens von L-Galactonolacton-Oxidase nicht.^[1] Somit ist Vitamin C für die meisten Tiere kein Vitamin, aber für Menschen. Katzen benötigen ebenfalls Retinol (oder Vitamin A₁), nehmen aber eine Sonderstellung ein, da sie im Gegensatz zu fast allen anderen Tieren β-Carotin nicht in Retinol umwandeln können.^[2]

Beim Menschen gilt die oben angegebene Definition für 13 organische Verbindungen. Von diesen können 11 auf keine Weise vom Organismus selbst synthetisiert werden. Vitamin D kann der Körper selbst herstellen, sofern ausreichend Sonnenexposition besteht (Photosynthese). Eigensynthese besteht auch für Niacin, das aus der Aminosäure Tryptophan hergestellt werden kann. Die notwendige Niacinzufuhr richtet sich nach der Menge an zugeführtem Protein und wird damit auch von den Ernährungsgewohnheiten (Vegetarismus oder Omnivorie) beeinflusst.

Aufgabe und Funktion

Vitamine sind an vielen Reaktionen des Stoffwechsels beteiligt. Ihre Aufgabe besteht in einer Regulierung der Verwertung von Kohlenhydraten, Proteinen (umgangssprachlich auch als Eiweiß bezeichnet) und Mineralstoffen, sie sorgen für deren Ab- beziehungsweise Umbau und dienen somit auch der Energiegewinnung. Vitamine stärken das Immunsystem und sind unverzichtbar beim Aufbau von Zellen, Blutkörperchen, Knochen und Zähnen. Jedes einzelne Vitamin erfüllt bestimmte Aufgaben. Sie unterscheiden sich dadurch auch hinsichtlich ihrer verschiedenartigen Wirkungen.

Geschichte

Die Entdeckung der Vitamine und ihr Vorkommen
Jahr der Entdeckung	Vitamin	Isolation aus
1909	Vitamin A (Retinol)	Fischleberöl
1912	Vitamin B1 (Thiamin)	Reiskleie
1912	Vitamin C (Ascorbinsäure)	Zitrone
1918	Vitamin D (Calciferol)	Fischleberöl
1920	Vitamin B2 (Riboflavin)	Eier
1922	Vitamin E (Tocopherol)	Weizenkeimöl
1926	Vitamin B12 (Cobalamin)	Leber
1929	Vitamin K (Phyllochinon)	Luzerne
1931	Vitamin B5 (Pantothensäure)	Leber
1931	Vitamin B7 (Biotin)	Leber
1934	Vitamin B6 (Pyridoxin)	Reiskleie
1936	Vitamin B3 (Niacin)	Leber
1941	Vitamin B9 (Folsäure)	Leber

Nach dem Lesen eines Artikels des niederländischen Arztes Christiaan Eijkman beschäftigte sich der polnische Biochemiker Casimir Funk 1912 intensiv mit der Isolierung des Wirkstoffes gegen die Vitaminmangelkrankheit Beri-Beri, eine bis dahin unerklärliche neue Krankheit, die in Japan und auf Java auftrat. Eijkman hatte in einem Militärhospital in Batavia beobachtet, dass neben Patienten (Strafgefangenen) und Personal auch die Hühner im Hof des Hospitals die Symptome der Krankheit Beri-Beri (zu deutsch: Schafsgang) zeigten. Denn die Hühner wurden seit kurzem mit dem gleichen weißen, geschälten Reis gefüttert wie die Patienten und das Personal, statt wie bisher mit braunem Reis. Beri-Beri ging mit Lähmungen und Kräfteverlust einher. Diese Krankheit trat erst auf, nachdem man in diesen Ländern europäische Reisschälmaschinen eingeführt hatte. Es wurde eine Mangelkrankheit vermutet. Casimir Funk isolierte aus Reiskleie einen Stoff, der die Mangelkrankheit heilen konnte. Die Analyse der Verbindung zeigte, dass es sich um eine stickstoffhaltige Verbindung, ein Amin handelte. Funk hatte das Thiamin, heute unter der Bezeichnung Vitamin B₁ bekannt, entdeckt. Auf Grund dieser Befunde schlug Funk das Kunstwort Vitamine (vita-das Leben und Amine) vor. 1926 wurde das Vitamin B₁ (Thiamin) erstmals von den holländischen Chemikern Barend C. P. Jansen und Willem F. Donath in kristalliner Form aus Reiskleie isoliert. 1936 wurde die Struktur von Vitamin B₁ etwa gleichzeitig von Robert R. Williams und Rudolf Grewe aufgeklärt. Die Synthese erfolgte 1936 durch Robert R. Williams und 1937 durch Hans Andersag und Kurt Westphal .

Zwischen 1920 und 1980 wurden die heute (2004) bekannten Vitamine erstmals rein dargestellt. Für diese Vitamine sind inzwischen auch chemische Synthesewege bekannt.

Krankheiten als Folge von Vitaminmangelerscheinungen wurden erst zu Beginn des 20. Jahrhundert als solche erkannt. In der Annahme, dass es sich um ernährungsbedingte Krankheiten handele, versuchte man bestimmte Krankheiten wie Beri-Beri, Skorbut und Rachitis zunächst durch Zufuhr entsprechender Nahrungsmittel zu bekämpfen. Nachdem mit Hilfe von Tierversuchen die Hypothese bestätigt werden konnte, dass die Krankheiten durch das Fehlen bestimmter Nahrungsbestandteile verursacht wurden, führten weitere Tierversuche dazu, diese speziellen essentiellen Nahrungsbestandteile und aus diesen schließlich die jeweiligen Vitamine selbst zu isolieren.

1913 wurde die Bezeichnung der Vitamine mit großen Buchstaben des Alphabets durch den amerikanischen Biochemiker Elmer McCollum eingeführt. Somit gab es ein Vitamin A, B, C und D. Anschließend kamen noch die Vitamine E und K hinzu. Bei der Analyse der Nahrung, die Vitamin B enthielt, stellte sich heraus, dass es sich hier um mehr als einen Faktor handelte, der mehrere Symptome ausschalten konnte. Somit sprachen die Biologen von Vitamin B₁, B₂, usw.

Benennung von Vitaminen

Der polnische Biochemiker Casimir Funk nahm 1912 an, dass alle lebensnotwendigen Stoffe eine NH₂-Gruppe enthielten. Er prägte deshalb den Begriff „Vitamin“ (aus lat. vita für Leben und amin für stickstoffhaltig).

Spätere Untersuchungen zeigten aber, dass bei weitem nicht alle Vitamine Amine sind oder sonstige basische Stickstoffatome enthalten. Gute Beispiele hierfür sind das Vitamin A (Retinol), ein stickstofffreier, ungesättigter Alkohol und das Vitamin C (Ascorbinsäure), eine strukturell den Kohlenhydraten ähnliche, jedoch sauer wirkende Substanz. Neben der chemischen Struktur, die dem Vitamin den Namen gibt, werden auch Buchstaben, kombiniert mit einer Nummernbezeichnung, und Trivialnamen verwendet, oft sogar mehrere für eine Substanz. Heute sind viele nicht mehr gebräuchlich. Lücken in der Buchstabenreihe entstanden, nach dem sich heraus gestellt hatte, dass nicht alle ursprünglichen Isolierungen sich als einheitliche Substanzen erwiesen. Andere, heute weitgehend verschwundene Bezeichnungen für Vitamine waren auch: Komplettine, Nutramine und akzessorische Nährstoffe oder auch Ergänzungsstoffe, weil die chemisch reinen Fette, Eiweiße und Kohlenhydrate erst durch das Hinzukommen von Vitaminen (und Mineralstoffen) zu vollwertigen Nährstoffen ergänzt werden. Im deutschsprachigen Raum sind sowohl die Buchstaben-/ Nummernbezeichnung des Vitamins als auch die Wortbezeichnung üblich. Von den in der medizinischen Wissenschaft gegenwärtig (2004) bekannten 20 Vitaminen gelten 13 Vitamine als unerlässlich:

Weitere, in der Literatur und anderen Ländern verwendete Trivialnamen für (meist fälschlich als solche bezeichnete) Vitamine:

Beschreibung

Vitamine sind keine chemisch einheitliche Stoffgruppe. Sie sind organische Verbindungen, die biologische Vorgänge im menschlichen (und tierischen) Organismus regulieren. Vitamine zählen, wie auch die Mineralstoffe und Spurenelemente, zu den nicht energieliefernden Nährstoffen, die der Körper zur Erhaltung seines Lebens und seiner Leistungsfähigkeit unbedingt benötigt. Da es sich bei den Vitaminen um recht komplizierte organische Moleküle handelt, kommen sie in der unbelebten Natur nicht vor. Vitamine müssen erst von Pflanzen, Bakterien oder Tieren gebildet werden. Der Mensch ist, bis auf wenige Ausnahmen, bei denen er bestimmte Vitamine selber erzeugen kann, auf die Aufnahme über die Nahrung angewiesen. Vitamine sind essentielle Wirkstoffe, das heißt, dass sie zur Aufrechterhaltung von Gesundheit und Leistungsfähigkeit des menschlichen Organismus lebensnotwendig sind. Einige Vitamine werden dem Körper als Vorstufe (Provitamine) zugeführt, die erst im Körper in die entsprechende Wirkform umgewandelt werden.

Als Provitamine bezeichnet man die biologische Vorstufe eines Vitamins, wie beispielsweise das von Pflanzen gebildete Beta-Carotin (β-Carotin), das dann von Tieren oder Menschen in Vitamin A Retinol umgewandelt wird.

Im Körper können bestimmte Vitamine gespeichert werden, man kann diese sozusagen auf Vorrat essen, andere wiederum können nicht gespeichert werden, sondern müssen über die Nahrung laufend zugeführt werden. Danach werden die Vitamine in zwei Gruppen eingeteilt: in die Gruppe der fettlöslichen, speicherbaren Vitamine und die Gruppe der wasserlöslichen, nicht speicherbaren Vitamine.

• Zu den fettlöslichen Vitaminen gehören: 
  A Retinol/β-Carotin, D Cholecalciferol, E Tocopherol und K Phyllochinon. Letzteres kann allerdings trotz seiner Fettlöslichkeit nur in unbedeutenden Mengen vom Körper gespeichert werden. Vitamin D wird heute allerdings nicht mehr zu den Vitaminen, sondern zu den Hormonen gerechnet.

 

• Zu den wasserlöslichen Vitaminen gehören die acht Vitamine des B-Komplexes.

Dies ist eine Sammelbezeichnung wasserlöslicher Vitamine unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung. Sie sind in tierischen und pflanzlichen Lebensmitteln enthalten. Einzelne B-Vitamine kommen in der Natur niemals isoliert vor. Sie wirken aus diesem Grund in der Regel auch im Verbund. 
B₁ Thiamin, B₂ Riboflavin, B₃ Niacin (Nicotinsäureamid und Nicotinsäure), B₅ Pantothensäure, B₆ Pyridoxin, B₇ Biotin, B₉ Folsäure, B₁₂ Cobalamin, sowie zusätzlich das Vitamin C Ascorbinsäure.

Eine Ausnahme bildet das Vitamin B₁₂ Cobalamin. Es kann trotz seiner Wasserlöslichkeit vom Organismus gespeichert werden.

Orange, klassischer Vitamin-C-Spender

Vitaminabsorption

Fettlösliche Vitamine

• Vitamin A
• Vitamin D
• Vitamin E
• Vitamin K

Fettlösliche Vitamine sind nichtpolare Moleküle, die sehr gut in Lipiden löslich sind. Ihre Resorption bedarf daher der Mizellenbildung. Sie werden in ähnlicher Weise wie Cholesterin in den Zellen der Darmschleimhaut in Chylomikronen eingebaut. Um sich diese fettlöslichen Vitamine besser merken zu können, kann man als Eselsbrücke „EDEKA“ (für Österreicher "ADEG/K") oder „DEKA“ (Investmentfonds) verwenden.

Vitamin D wird wegen seiner Aufgaben im Körper von manchen offiziellen Stellen nicht mehr zu den Vitaminen, sondern zu den Hormonen gerechnet. Diese Einordnung ist allerdings zumindest ungenau, denn einzig das auf Basis von Vitamin D₃ über Zwischenstufen in der Niere hergestellte Calcitriol kann im Vollsinn als Hormon bezeichnet werden.^[5]

Wasserlösliche Vitamine

• Vitamin C
• Vitamin B₁
• Vitamin B₂
• Niacin (Nicotinsäure, Vitamin B₃)
• Pantothensäure (Vitamin B₅)
• Vitamin B₆
• Biotin (Vitamin B₇, Vitamin H)
• Vitamin B₉ (Folsäure)
• Vitamin B₁₂

Wasserlösliche Vitamine werden im Dünndarm mittels Carriern oder Rezeptoren absorbiert. Während Vitamin B₂ durch passiven Transport aufgenommen wird, erfolgt die Absorption von Vitamin B₁, Vitamin B₁₂ und Vitamin C aktiv.

Die wasserlöslichen Vitamine sind Vorläufer von Coenzymen oder prosthetischen Gruppen verschiedener Enzyme.

In der nachfolgenden Tabelle werden nur einige Beispiele für das Vorkommen und die Wirkungen der Vitamine genannt. Mehr dazu ist unter dem Artikel des einzelnen Vitamins zu finden. Während gesichert ist, dass beispielsweise Zitrusfrüchte Vitamin C enthalten, so ist es schwierig, eine quantitative Angabe bezüglich der Menge an vorhandenem Vitamin zu machen. Denn der Vitamingehalt der Ausgangsprodukte ist abhängig von zahlreichen Faktoren wie Bodenbeschaffenheit, Lagerdauer etc. Auch die Zubereitungstemperatur und -dauer können eine Rolle spielen, da viele Vitamine nicht hitzestabil sind. Der genaue Vitaminbedarf eines einzelnen Individuums (siehe unten) ist ebenfalls nicht exakt geklärt, so dass es beim aktuellen Stand der Forschung nicht möglich ist zu entscheiden, wann von einer Person die „richtige“ Vitaminmenge aufgenommen wurde.

Von den 13 Vitaminen, die in der medizinischen Wissenschaft als unerlässlich gelten, sind zwei nicht in strengem Sinne essentiell, nämlich Vitamin D (Calciferol) und Niacin (Vitamin B₃). Begründet wird dies damit, dass Stoffe mit Vitamin-D- und Niacin-Eigenschaften vom Körper unter bestimmten Umständen selbst gebildet (synthetisiert) werden können. So kann Vitamin D₃ Cholecalciferol beispielsweise unter Einwirkung des Sonnenlichtes aus 7-Dehydrocholesterin, einem biologischen Derivat des Cholesterin, entstehen. Niacin kann beim Abbau des Tryptophans gebildet werden.

Biologische Werte sind, anders als physikalische Größen, nie absolut, sondern werden immer von einer Vielzahl von Faktoren bestimmt. Neben dem Geschlecht und dem Alter beeinflussen noch eine Vielzahl anderer Faktoren den jeweiligen Vitaminbedarf einer Person unter bestimmten Lebensumständen. So können beispielsweise auch berufliche und umweltbedingte Belastungsfaktoren, körperliche und psychische Belastungen, Stress, Ernährungsgewohnheiten, Schwangerschaft, Stillzeiten, Krankheiten, Rauchen und Trinken den täglichen Vitaminbedarf ansteigen lassen. Bei den nachfolgend genannten Bedarfsgrößen handelt es sich deshalb um Durchschnittswerte mit verallgemeinerndem Charakter.

Die benötigten Vitaminmengen liegen, ausgenommen Vitamin C und Vitamin B₁₂, im Bereich von wenigen Milligramm (mg). So benötigt der menschliche Körper beispielsweise täglich 75 mg Vitamin C (L-Ascorbinsäure), 0,8–1,0 mg Vitamin A (Retinol) und 1,3–1,8 mg Vitamin B₁ (Thiamin). Die Empfehlungen variieren dabei sehr stark. Die Deutsche Gesellschaft für Ernährung (DGE) empfiehlt beispielsweise täglich 100 mg Vitamin C zu sich zu nehmen und die Weltgesundheitsorganisation (WHO) empfiehlt dagegen nur 30 mg pro Tag.

Einige Bakterien der Darmflora sind in der Lage, die Vitamine K und B₁₂ zu synthetisieren. Falls sie durch die Einnahme starker Antibiotika zerstört werden, kann leicht ein Mangel entstehen. Es gibt allerdings medizinische Möglichkeiten, diese Bakterien wieder im Darm anzusiedeln.