Vitamin K

Definition, Synthese, Resorption, Transport und Verteilung

 

Vitamin K wird aufgrund seiner antihämorrhagischen (blutungsstillenden) Wirkung als Koagulationsvitamin bezeichnet. Vitamin K ist keine einheitliche Substanz, sondern kommt in drei strukturellen Varianten vor [3, 4, 11, 15, 17].



Folgende Substanzen der Vitamin K-Gruppe sind zu unterscheiden:

  • Vitamin K1 – Phyllochinon – in der Natur vorkommend
  • Vitamin K2 – Menachinon (MK-n) – in der Natur vorkommend
  • Vitamin K3 – 2-Methyl-1,4-naphthochinon, Menadion – synthetisches Produkt
  • Vitamin K4 – 2-Methyl-1,4-naphthohydrochinon, Menadiol – synthetisches Produkt

Allen Vitamin K-Varianten ist gemein, dass sie sich vom 2-Methyl-1,4-naphthochinon ableiten. Der wesentliche strukturelle Unterschied beruht auf der Seitenkette in C3-Stellung [9, 10, 15, 17].
Während die Seitenkette bei Vitamin K1 eine ungesättigte (mit Doppelbindung) und drei gesättigte (ohne Doppelbindung) Isopreneinheiten aufweist, besitzt Vitamin K2 eine Seitenkette mit variierenden, meist 6-10 Isoprenmolekülen [1, 15]. Vitamin K3 und Vitamin K4 weisen als synthetische Produkte keine Seitenkette auf. Im Organismus kommt es jedoch zur kovalenten Anheftung von vier Isopreneinheiten an die C3-Position des chinoiden Rings [15].

Nach bisherigen Erfahrungen sind etwa 100 Chinone mit Vitamin K-Wirkung bekannt. Von praktischer Bedeutung sind jedoch nur die natürlich vorkommenden Vitamine K1 und K2, da Vitamin K3 und andere Naphthochinone nachteilige, zum Teil toxische (giftige) Effekte entfalten können [2-4, 9-12, 14, 17].

Synthese

Während Phyllochinon (Vitamin K1) in den Chloroplasten (zur Photosynthese befähigten Zellorganellen) grüner Pflanzen synthetisiert (gebildet) wird und dort am Photosyntheseprozess beteiligt ist, erfolgt die Biosynthese von Menachinon (Vitamin K2) durch verschiedene Darmbakterien, wie Escherichia coli und Lactobacillus acidophilus, die im terminalen Ileum (unteren Dünndarmabschnitt) beziehungsweise Colon (Dickdarm) vorkommen [3, 4, 9, 10, 12, 17].

Inwiefern das bakteriell synthetisierte Vitamin K2 zur Bedarfsdeckung beiträgt, wird kontrovers diskutiert. Da laut experimenteller Erfahrungen die Resorptionsrate von Menachinon eher niedrig ist, kann davon ausgegangen werden, dass die Syntheseleistung der Darmbakterien nur einen geringen Beitrag zur Vitamin K-Versorgung leistet [4, 5, 10, 11, 20, 21]. Die Beobachtung, dass sich bei Probanden nach fünfwöchiger Vitamin K-freier Ernährung keine Vitamin K-Mangelerscheinungen fanden, diese jedoch bei gleichzeitiger Gabe von Antibiotika bereits nach 3-4 Wochen auftraten, stützt die Annahme, dass enteral (über den Darm) synthetisiertes Vitamin K für die Bedarfsdeckung durchaus von Bedeutung ist [12].

Resorption

Zwischen den einzelnen Substanzen der Vitamin K-Gruppe gibt es bezüglich der Resorption große Unterschiede.

Über die Nahrung wird hauptsächlich Phyllochinon aufgenommen. Alimentär (mit der Nahrung) zugeführtes oder bakteriell synthetisiertes Menachinon spielt bei der Vitamin K-Versorgung eine untergeordnete Rolle. Wie alle fettlöslichen Vitamine werden auch die Vitamine K1 und K2 im Rahmen der Fettverdauung resorbiert (aufgenommen), d.h. die Anwesenheit von Nahrungsfetten als Transportmittel der lipophilen Moleküle, Gallensäuren zur Solubilisierung (Erhöhung der Löslichkeit) und Micellenbildung (Bildung von Transportkügelchen, welche fettlösliche Substanzen in wässriger Lösung transportierbar machen) und Pankreaslipasen (Verdauungsenzymen aus der Bauchspeicheldrüse) zur Spaltung von gebundenem beziehungsweise verestertem Vitamin K ist für eine optimale intestinale Aufnahme (Aufnahme über den Darm) notwendig.

Die Vitamine K1 und K2 gelangen als Bestandteil der gemischten Micellen an die apikale (dem Darminneren zugewandte) Membran der Enterozyten (Epithelzellen) des Jejunums (Leerdarms) – alimentär zugeführtes Phyllo- und Menachinon – beziehungsweise terminalen Ileums (unteren Dünndarms) – bakteriell synthetisiertes Menachinon – und werden internalisiert (nach innen aufgenommen). In der Zelle kommt es zur Inkorporation (Aufnahme) der Vitamine K1 und K2 in Chylomikronen (fettreiche Lipoproteine), die die lipophilen Vitamine über die Lymphe in den peripheren Blutkreislauf transportieren [3, 4, 15, 17].

Während alimentär (durch die Nahrung) zugeführtes Vitamin K1 und K2 nach einer Sättigungskinetik über einen energieabhängigen aktiven Transport resorbiert werden, erfolgt die Absorption von bakteriell synthetisiertem Vitamin K2 mittels passiver Diffusion [11, 15, 17]. Vitamin K1 wird beim Erwachsenen rasch mit einer Resorptionsquote zwischen 20 und 80 % intestinal (über den Darm) aufgenommen [4, 7, 8, 11, 15, 19].

Die synthetischen Vitamine K3 und K4 und deren wasserlöslichen Derivate (Abkömmlinge) werden aufgrund ihrer Hydrophilie (Wasserlöslichkeit) unabhängig von Nahrungsfetten, Gallensäuren und Pankreaslipasen (Verdauungsenzymen aus der Bauchspeicheldrüse) sowohl im Dünndarm als auch im Colon (Dickdarm) passiv resorbiert und direkt in die Blutbahn abgegeben [11, 15, 17].

Transport und Verteilung im Körper

Während des Transports zur Leber werden freie Fettsäuren und Monoglyceride aus den Chylomikronen an periphere Gewebe abgegeben. Durch diesen Vorgang werden die Chylomikronen zu Chylomikronen-Remnants (fettarmen Chylomikronen-Restpartikeln) abgebaut, die an spezifische Rezeptoren (Bindungsstellen) der Leber binden. Die Aufnahme der Vitamine K1 und K2 in die Leber erfolgt mittels rezeptorvermittelter Endozytose.
Phyllo- und Menachinon werden zum Teil in der Leber angereichert und teilweise in VLDL (very low density lipoproteins; fetthaltige Lipoproteine sehr geringer Dichte) eingelagert [3, 4, 15, 17].

Nach Abgabe der VLDL in den Blutkreislauf werden auch die resorbierten Vitamine K3 und K4 an VLDL gebunden und zu extrahepatischen (außerhalb der Leber gelegenen) Geweben transportiert. Zielorgane sind unter anderem Niere, Nebenniere, Lunge, Knochenmark und Lymphknoten.

Speicherung

Die natürlich vorkommenden Vitamine K1 und K2 werden vorwiegend in der Leber angereichert, gefolgt von Nebenniere, Niere, Lunge, Knochenmark und Lymphknoten. Da Vitamin K einem raschen Turnover (Umsatz) – etwa 24 Stunden – unterliegt, kann die Speicherfähigkeit der Leber einen Vitaminmangel nur für etwa 1-2 Wochen überbrücken [6, 7, 15].

Vitamin K3 ist nur zu einem geringen Teil in der Leber vorhanden, verteilt sich im Vergleich zum natürlichen Phyllo- und Menachinon schneller im Organismus und wird rascher metabolisiert (verstoffwechselt) [15].

Der Gesamtkörperpool an Vitamin K ist klein und beträgt zwischen 70-100 µg beziehungsweise 155-200 nmol [6, 7].

Ausscheidung

Die Vitamine K1 und K2 werden nach Glucuronidierung zu über 50 % über die Galle mit den Fäzes (Stuhl) und zu etwa 20 % nach Verkürzung der Seitenkette durch beta-Oxidation (oxidativer Abbau von Fettsäuren) in Form von Glucuroniden renal (über die Niere) ausgeschieden [3, 4, 15].

Parallel zu Phyllo- und Menachinon wird auch Vitamin K3 durch den Prozess der Biotransformation in eine ausscheidungsfähige Form überführt.

Die Biotransformation findet in vielen Geweben, vor allem in der Leber, statt und kann in zwei Phasen unterteilt werden:

  • In Phase I wird Vitamin K zur Erhöhung der Löslichkeit durch das Cytochrom-P-450-System hydroxyliert (Einfügen einer OH-Gruppe)
  • In Phase II erfolgt die Konjugation mit stark hydrophilen (wasserlöslichen) Stoffen – dazu wird mit Hilfe der Glucuronyltransferase Glucuronsäure beziehungsweise mittels der Sulfotransferase eine Sulfatgruppe auf die zuvor eingefügte OH-Gruppe von Vitamin K übertragen

Literatur

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  2. BGA (1989) Monographie zu Vitamin K1 (Phytomenadion) und Vitamin K3 und Vitamin K-Analoga (Menadion und Menadion-Natriumbisulfit). Bundesanzeiger Nr. 59 von 29.03.1989
  3. Biesalski H. K., Köhrle J., Schümann K. (2002) Vitamine, Spurenelemente und Mineralstoffe. Prävention und Therapie mit Mikronährstoffen. Georg Thieme Verlag, Stuttgart
  4. Biesalski H. K., Fürst P., Kasper H. et al. (2004) Ernährungsmedizin. Nach dem Curriculum Ernährungsmedizin der Bundesärztekammer. 3. Auflage. Georg Thieme Verlag, Stuttgart
  5. Conly J.M., Stein K, Worobetz L., Rudledge-Harding S. (1994) The contribution of vitamin K2 (menaquinones) produced by intestinal microflora to human nutritional requirements for vitamin K. Am J Gastroenterol; 89: 915-923
  6. Ferland G. (1998) The vitamin K-dependent proteins: an update. Nutr Rev; 56: 223-230
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  9. Gaßmann B. (1999) Vitamin K. Chemie, Vorkommen, Physiologie, Funktionen, Zufuhrempfehlungen. Ernährungs-Umschau; 46: 457-459
  10. Hahn A. (2001) Nahrungsergänzungsmittel. Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft mbH, Stuttgart
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  12. Kasper H. (2004) Ernährungsmedizin und Diätetik. 10. Auflage. Urban & Fischer Verlag, München
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  15. Pietrzik K., Golly I., Loew D. (2008) Handbuch Vitamine. Für Prophylaxe, Beratung und Therapie. Urban & Fischer Verlag, München
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  20. Shearer M.J. (1995) Vitamin K. Lancet; 345: 229-234
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