Riboflavin (Vitamin B2)

Definition, Synthese, Resorption, Transport und Verteilung

Riboflavin (Vitamin B2) ist ein hydrophiles (wasserlösliches) Vitamin der B-Gruppe. Es unterscheidet sich optisch von den meisten hydrophilen Vitaminen durch seine intensiv gelb-fluoreszierende Farbe, die in der Namensgebung zum Ausdruck kommt (flavus: gelb).

Die Grundstruktur des Vitamin B2 ist das trizyklische Isoalloxazinringsystem, das ausgesprochene Redoxeigenschaften (Reduktions-/Oxidationseigenschaften) aufweist. Am N10-Atom des Isoalloxazinmoleküls ist Ribit gebunden, ein fünfwertiger Alkoholzucker, der für die Vitaminwirksamkeit entscheidend ist.
Ebenso wie Thiamin (Vitamin B1) besitzt Riboflavin eine hohe Strukturspezifität, so dass bereits geringfügige Veränderungen am Molekülaufbau mit einer Minderung beziehungsweise einem Verlust der Vitaminwirksamkeit oder – in bestimmten Fällen – mit einer antagonistischen (gegensätzlichen) Wirkungsweise einhergehen können [5]. Ein Austausch des Ribitylrestes durch Galactose (→ Galactoflavin) hat die stärkste antagonistische Wirkung zur Folge und führt schnell zum klinischen Vitamin B2-Mangel.

Zur Entfaltung biologischer Aktivität muss Riboflavin am C5-Atom der Ribitolseitenkette unter Einwirkung der Riboflavinkinase (Enzym, das unter Spaltung von Adenosintriphosphat (ATP) einen Phosphatrest überträgt) phosphoryliert (→ Flavin-mononukleotid, FMN) und anschließend mittels einer Pyrophosphorylase (Enzym, das unter ATP-Verbrauch einen Adenosinmonophosphat (AMP)-Rest überträgt) adenyliert (→ Flavin-adenin-dinukleotid, FAD) werden. FMN und FAD sind die wichtigsten Derivate (Abkömmlinge) von Riboflavin und als Coenzyme von Oxidasen und Dehydrogenasen wirksam. Bei tierischen und pfanzlichen Organismen sind mehr als 100 Enzyme, bei Säugetieren mehr als 60 Enzyme bekannt, die FMN- beziehungsweise FAD-abhängig sind – sogenannte Flavoproteine beziehungsweise Flavinenzyme [1, 6, 8].

Vitamin B2 ist sehr hitzestabil, sauerstoffempfindlich und im Vergleich zu anderen Vitaminen hochempfindlich gegen UV-Licht.

Synthese

Riboflavin wird von Pflanzen und Mikroorganismen synthetisiert und gelangt über die Nahrungskette in den tierischen Organismus. Demzufolge ist Vitamin B2 in der Pflanzen- und Tierwelt weit verbreitet und in zahlreichen Nahrungsmitteln enthalten [1, 5, 6, 8].

Resorption

In der Nahrung kommt Riboflavin in freier Form, vorrangig jedoch als proteingebundenes FMN und FAD – Flavoprotein – vor. Durch Magensäure sowie unspezifische Phosphatasen und Pyrophosphatasen (Enzyme, die hydrolytisch (unter Wassereinlagerung) Phosphatreste abspalten) des oberen Dünndarms wird Riboflavin freigesetzt [1, 5, 6, 8].

Die Resorption (Aufnahme über den Darm) von freiem Riboflavin im oberen Dünndarm, vor allem im proximalen Jejunum (Leerdarm), unterliegt einem dosisabhängigen dualen Transportmechanismus. Im physiologischen (für den Stoffwechsel normalen) Bereich bis zu etwa 25 mg wird Riboflavin in Abhängigkeit eines Natrium-Gradienten aktiv mittels eines Carriers nach einer Sättigungskinetik resorbiert. Oberhalb physiologischer Dosen erfolgt die Resorption von Vitamin B2 zusätzlich durch passive Diffusion [1, 2, 4-6, 8].

Die Absorptionsrate von Riboflavin liegt nach Zufuhr physiologischer Dosen im Durchschnitt zwischen 50-60 % [3]. Die Aufnahme des B-Vitamins im Nahrungsverbund und die Anwesenheit von Gallensäuren fördern die Resorption [1, 6, 8]. Vermutlich spielen dabei die verzögerte Magenentleerungsrate und die verlängerte gastrointestinale Transitzeit eine Rolle, die den Kontakt mit der resorbierenden Oberfläche begünstigen [1].

Transport und Verteilung im Körper

Freies Riboflavin, FMN und FAD werden von der Leber in die Blutbahn abgegeben. Dort liegt Vitamin B2 größtenteils als FAD (70-80 %) und FMN und nur zu 0,5-2 % in freier Form vor. Riboflavin und seine Derivate werden im Blutplasma proteingebunden transportiert. Hauptsächliche Bindungspartner sind Plasmaalbumine (80 %), gefolgt von spezifischen Riboflavin-bindenden Proteinen (RFBPs) und Globulinen, insbesondere Immunglobulinen [1, 5, 6, 8].

Zum Transport in die Zielzellen wird Vitamin B2 unter Einwirkung von plasmatischen Phospatasen (Enzyme, die hydrolytisch (unter Wassereinlagerung) Phosphatreste abspalten) dephosphoryliert, da nur freies, unphosphoryliertes Riboflavin die Zellmembranen per Diffusion passieren kann. Intrazellulär (innerhalb der Zelle) kommt es erneut zur Umwandlung und Fixierung in die Coenzymformen – metabolic trapping. Fast alle Gewebe sind zur Bildung von FMN und FAD fähig. Besonders hohe Umwandlungsraten finden sich in Leber, Niere und Herz, die daher auch die höchsten Konzentrationen an Riboflavin – 70-90 % als FAD, < 5 % als freies Riboflavin – aufweisen [1, 6, 8].

Wie bei allen hydrophilen (wasserlöslichen) Vitaminen, mit Ausnahme des Cobalamins (Vitamin B12), ist auch beim Vitamin B2 die Speicherfähigkeit gering [5]. Die Gewebespeicher bestehen in Form des protein- beziehungsweise enzymgebundenen Riboflavins.
Beim erwachsenen Menschen werden etwa 123 mg Vitamin B2 retiniert (von der Niere zurückgehalten). Diese Menge reicht aus, um – bei einer biologischen Halbwertszeit von circa 16 Tagen – klinische Mangelerscheinung für etwa 2-6 Wochen zu verhindern [1, 6, 8].

Ausscheidung

Die Ausscheidung von Vitamin B2 erfolgt überwiegend über die Niere als freies Riboflavin. Die Coenzymformen FMN und FAD lassen sich im Urin nicht nachweisen. Ein gesunder Erwachsener scheidet über den Urin in 24 Stunden 120 µg Riboflavin oder mehr aus [7]. Eine Riboflavinausscheidung < 40 mg/g Kreatinin ist ein Indikator für einen Vitamin B2-Mangel [6, 8]. Patienten, die aufgrund eines Nierenversagens (chronische Niereninsuffizienz/akute Niereninsuffizienz) dialysepflichtig sind, haben ein erhöhtes Risiko für eine Vitamin B2-Unterversorgung, da bei der Dialyse (Blutreinigung) Riboflavin verloren geht [6].
Weniger als 1 % des Vitamin B2 werden über die Galle mit dem Fäzes (über den Stuhl) eliminiert [2, 5, 6].

Zwischen der Vitamin B2-Aufnahme über die Nahrung und der renalen Riboflavinausscheidung besteht kein linearer Zusammenhang. Während sich unterhalb der Gewebesättigung (= 1,1 mg Vitamin B2/Tag) die Eliminationsrate nur unwesentlich verändert, kommt es beim Erreichen des Sättigungspunktes zu einem markanten Anstieg der Riboflavinausscheidung – break point (> 1,1 mg Vitamin B2/Tag) [1, 8].

Literatur

  1. Biesalski H. K., Köhrle J., Schümann K. (2002) Vitamine, Spurenelemente und Mineralstoffe. Prävention und Therapie mit Mikronährstoffen. Georg Thieme Verlag, Stuttgart
  2. Biesalski H. K., Fürst P., Kasper H. et al. (2004) Ernährungsmedizin. Nach dem Curriculum Ernährungsmedizin der Bundesärztekammer. 3. Auflage. Georg Thieme Verlag, Stuttgart
  3. Bundesinstitut für Risikobewertung: Domke A., Großklaus R., Niemann B. et al (Hrsg.) (2004) Verwendung von Vitaminen in Lebensmitteln - Toxikologische und ernährungsphysiologische Aspekte Teil 1. BfR-Hausdruckerei Dahlem
  4. D-A-CH (2000) Deutsche Gesellschaft für Ernährung (DGE), Österreichische Gesellschaft für Ernährung (ÖGE), Schweizerische Gesellschaft für Ernährungsforschung (SGE), Schweizerische Vereinigung für Ernährung (SVE): Referenzwerte für die Nährstoffzufuhr. 1. Auflage, Umschau/Braus Verlag, Frankfurt am Main
  5. Hahn A., Ströhle A., Wolters M. (2006) Ernährung. Physiologische Grundlagen, Prävention, Therapie. Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft mbH Stuttgart
  6. Pietrzik K., Golly I., Loew D. (2008) Handbuch Vitamine. Für Prophylaxe, Beratung und Therapie. Urban & Fischer Verlag, München
  7. Sauberlich H.E. (1999) Laboratory Tests for the Assessment of Nutritional Status (Modern Nutrition Series). CRC Press Inc; Cleveland, OH
  8. Schmidt E. und Schmidt N. (2004) Leitfaden Mikronährstoffe. Orthomolekulare Prävention und Therapie. 1. Auflage. Urban & Fischer Verlag, München
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