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Vitamin K

Vitamin K (K steht für Koagulation) gehört neben Vitamin A, Vitamin D und Vitamin E zu den fettlöslichen Vitaminen. Sie sind ein Kofaktor für Vitamin-K-abhängige Carboxylierungsreaktionen. In diesen Reaktionen werden spezifische Glutamylreste einer Reihe spezieller Proteine über die gamma-Glutamylcarboxylase carboxyliert und so aktiviert. Über diesen Mechanismus werden mehrere Gerinnungsfaktoren und gerinnungshemmende Faktoren aktiviert und damit die Blutgerinnung reguliert. Ferner spielt Vitamin K für die Aktivierung von Osteocalcin (ein Knochenprotein), Calbindin und der Liganden für einige Rezeptor-Tyrosinkinasen wie zum Beispiel das Growth-arrest-specific gene-6 eine wichtige Rolle. In Pflanzen ist Vitamin K1 für die Photosynthese unverzichtbar.

Vitamin K Vorkommen

Alle Substanzen mit Vitamin-K-Wirksamkeit leiten sich chemisch vom natürlicherweise nicht vorkommenden 2-Methyl-1,4-Naphtochinon (Menadion) ab. Voraussetzungen für die Vitamin-K-Aktivität sind neben dem unsubstituierten, aromatischen Ring die Methylgruppe; die lipophile Seitenkette (welche je nach K-Vitamin unterschiedlich lang sein kann) bestimmt die Fettlöslichkeit und andere Eigenschaften. Optimal sind natürliche Terpenketten mit 20 Kohlenstoffatomen. Seitenketten unter 8 Kohlenstoffatomen führen außer bei Menadion zur Inaktivität. Es sind bis zu 100 Verbindungen mit Vitamin-K-Wirksamkeit bekannt.

Von praktischer Bedeutung im (menschlichen) Stoffwechsel sind nur das Vitamin K1 und K2. Andere Naphtochinone haben wegen nachteiliger, z.T. toxischer Effekte keine praktische Bedeutung.

Vitamin K1 bzw. Phyllochinon kommt in unterschiedlichen Konzentrationen in den Chloroplasten der Grünpflanzen als normaler Bestandteil des Photosyntheseapparates vor und zum Teil in deren Früchten.

Vitamin K2 bzw. Menachinon wird von Bakterien (z.B. von einigen Stämmen von Escherichia coli oder Bakteroides fragilis) auch im Darm des Menschen produziert. Es kann laut neuerer Studien vom Menschen und höheren Tieren in limitierten Mengen aus dem Phyllochinon synthetisiert werden. Die zumeist vorkommende Form ist Menachinon-4 (im obigen Bild wäre dann n=4). Verglichen mit den anderen Vitamin-K-Analoga hat Menachinon-4 die potenteste ?-Carboxylierungsaktivität. Es wird möglicherweise im Körper selber auf einem noch unbekannten Stoffwechselweg aus Phyllochinon gebildet.

Vitamin K3 bzw. Menadion ist eine synthetisch hergestellte Substanz ohne Seitenkette (diese wird vom menschlichen Organismus nach der Aufnahme ergänzt). Vitamin K3 ist wasserlöslich und wurde früher als künstliches Provitamin K angewandt.

Resorption und Stoffwechsel

Aufgrund der Hitzestabilität der Vitamin K-Gruppe treten beim Zubereiten, insbesondere beim Garen nur wenig Vitaminverluste auf. Vitamin K ist gleichzeitig auch gegenüber Sauerstoff stabil. Unter Einstrahlung von Licht wird Vitamin K inaktiv und verliert schnell seine Bioverfügbarkeit.

Das mit der Nahrung aufgenommene fettlösliche Vitamin K wird unter Mitwirkung von Gallensäure und Pankreaslipase als Emulgatoren durch aktiven Transport in die Mukosazellen des oberen Dünndarms (Jejunum) zu 20-70% aufgenommen. Vitamin K2 gelangt dagegen durch Diffusion in das Darmgewebe. Von den Mukosazellen des Jejunums gelangt Vitamin K, an Chylomikronen und andere Lipoproteine gebunden, über die Lymphe in den Ductus thoracicus, von dort in das Blut und über das Blut schließlich in die Gewebe, in denen es verwendet wird (z.B. Leber). Hier kann eine Speicherung bis zu 14 Tagen erfolgen. In dem Nabelschnurblut findet sich kein Vitamin K, es wird kaum diaplazentar übertragen. Der fetale Vitamin-K-Vorrat in der Leber beträgt ein Fünftel dessen eines älteren Kindes oder eines Erwachsenen.

Im rauen endoplasmatischen Retikulum wird Vitamin K zu seiner biologisch aktiven Form hydroxyliert. Bei der gamma-Carboxylierungsreaktion wirkt das aktivierte Vitamin KH2 als Kofaktor der gamma-Glutamylcarboxylase und wird zu einem 2,3-Epoxid umgewandelt. Das Protein wird mittels CO2 und Energie aus ATP zum gamma-carboxylierten Protein.

Das Epoxid des Vitamin K wird mittels Epoxid-Reduktase zum Chinon des Vitamin K. Das Chinon des Vitamin K wird mittels Vitamin-K-Reduktase zum Hydrochinon des Vitamin K (Vitamin KH2). Der Zyklus beginnt von vorn.

Die biologische Aktivität von Vitamin K ist also auf seine Fähigkeit zurückzuführen, zwischen seinen oxidierten (Chinon) und reduzierten (Hydrochinon) Formen im Vitamin K-Zyklus zu wechseln. Die Epoxidreduktase und die Vitamin-K-Reduktase können durch die gerinnungshemmenden Medikamente Dicoumarol, Marcumar und Warfarin inhibiert werden.

Die K-Vitamine werden zu 50% glukoronidiert per Galle über den Stuhlgang und zu 20% in wasserlöslicher Form per Nieren über den Urin ausgeschieden.

Funktionen

Die wesentliche Bedeutung von Vitamin K liegt in seinem Beitrag zur posttranslationalen Einführung einer Carboxylgruppe in die Position von Glutamylresten spezifischer Proteine, wodurch diese aktiviert werden.

Blutgerinnung : Vitamin K ist daran beteiligt, die Gerinnungsfaktoren II, VII, IX, X in ihre gerinnungswirksamen Formen überzuführen. Diese können dann durch ihre Carboxylglutamatreste in Gegenwart von Calciumionen an Phospholipidmembranen gebunden werden. Darin liegt ihre biochemische Aktivität im Gerinnungsystem, in dem sie wesentliche Funktionen beim Ablauf der plasmatischen Gerinnung haben.
Die gerinnungshemmenden Proteine Protein C und Protein S werden ebenfalls als Vorstufen in der Leber synthetisiert und ebenfalls unter Mitwirkung von Vitamin K carboxyliert. Damit hat Vitamin K eine wesentliche Funkton in der Regulierung der Blutgerinnung. Hohe Dosierungen von Vitamin K (bis 40 mg tgl.) gehen nicht mit pathologisch veränderten Gerinnungswerten (z.B. einer verstärkten Blutgerinnung und Thromboseneigung) einher, da die erhöhte Gerinnungsneigung und Fibrinolyse im Gleichgewicht bleiben.
Gerinnungshemmende Medikamente der Cumarin-Gruppe wie Phenprocoumon oder Warfarin können durch vergleichsweise kleine Mengen Vitamin K (1 mg) in ihrer Wirkung aufgehoben werden; sind sie im Einsatz, darf kein Vitamin K zusätzlich zur normalen Nahrung gegeben werden.

Knochenstoffwechsel : Vitamin K ist ein Kofaktor der gamma-Glutamylcarboxylase, welche in verschiedenen Proteinen posttranslational Glutaminsäurereste (Glu) zu gamma-Carboxyglutaminsäureresten carboxyliert. Zu diesen Proteinen gehört Osteocalcin, welches in carboxylierter Form Hydroxylapatit binden kann und daher in die Knochenmineralisation involviert ist. Um eine vollständige Carboxylierung des Osteocalcins zu erreichen, sind höhere Spiegel des Vitamin K notwendig wie zur vollständigen Aktivierung des Gerinnungssystems. Ein erhöhter Spiegel nicht vollständig carboxylierten Osteocalcins ist mit einer geringeren Knochendichte und einer erhöhten Gefahr für Knochenbrüche bei älteren Frauen assoziiert.

Zellwachstumsregulierung : Es existieren eine Reihe von Vitamin-K-abhängigen Rezeptor-Ligand-Systemen, die in den Zellmetabolismus, das Zellüberleben, ihre Transformationen und ihre Replikation involviert sind. Hierzu gehören das Gas6, ein Vitamin-K-abhängiges Protein, welches als Ligand an verschiedene Rezeptor-Tyrosinkinasen bindet und diese aktiviert. Hierüber ist Vitamin K mit der Zellwachstumsregulation und der Entstehung von Tumoren verbunden.
In vitro und in vivo wurden mit Vitamin K3, Vitamin K1 und Vitamin K2 Versuche zu verschiedenen Tumoren und bei verschiedenen Krebserkrankungen gemacht, die häufig vielversprechende Ergebnisse zeigten, während die relevanten Wirkmechanismen noch Gegenstand verschiedener Forschungen sind.
Andererseits hatten zwei epidemiologische Studien Anfang der 90er Jahre eine erhöhte Krebsrate bei Kindern gezeigt, die als Neugeborene Vitamin K zur Prophylaxe einer Vitamin-K-Mangelblutung intramuskulär erhalten hatten. Diese Ergebnisse konnten zwar nicht bestätigt werden, führten aber doch in vielen Ländern zu einer vorzugsweisen oralen Vitamin-K-Prophylaxe bei gesunden Neugeborenen.

Gefäßverkalkung: Es wird vermutet, dass auch der Prozess der Gefäßverkalkung durch Proteine mit gamma-carboxylierten Glutaminsäureresten gesteuert ist. Verkalkungen großer Arterien kommen vor allem bei älteren Menschen mit Osteoporose vor, die einen wenig gesättigten Vitamin-K-Status haben. Es wird daher spekuliert, dass Vitamin K vor "Arterienverkalkung" schützt.

Vitamin-K Vorkommen

In Nahrungsmitteln kommt vor allem Phyllochinon vor, weshalb genaueres dazu dort zu finden ist. Inwieweit bakterielle Menachinone aus der Darmflora zur Vitamin-K-Versorgung beitragen, ist umstritten. Im Körper scheint Phyllochinon zu dem aktiveren Menachinon-4 umgewandelt werden zu können, da es sich in extrahepatischen Geweben vermehrt findet. Der Mechanismus ist noch unbekannt.
Wichtig ist, dass das Vitamin K kaum diaplazentar übertragen wird und das Neugeborene auch mit der Muttermilch wenig Vitamin K erhält (hier ist das Kolostrum wichtig, welches eine doppelte Menge von Vitamin K enthält). Der Vitamin-K-Gehalt der Muttermilch hängt von der Nahrungszufuhr der Mutter ab und liegt bei etwa 3 µg / 100 ml.
Folgende Lebensmittel beinhalten das Vitamin K: Grünes Gemüse wie Kohl, Spinat, Kohlrabi und Salat, Milch und Milchprodukte, Eier und Fleisch.

Vitamin-K Bedarf

Die Deutsche Gesellschaft für Ernährung empfiehlt: Mindestens 65 µg für Frauen und 80 µg für Männer tgl. (0,03 - 1,5 µg/kg Körpergewicht tgl.) und für Kinder 10 µg/kg Körpergewicht tgl. Dies genügt, um Gerinnungsfaktoren in der Leber zu aktivieren, nicht jedoch für die darüber hinausgehenden Funktionen. Da gestillte Säuglinge dem Risiko eines klinisch relevanten Vitamin-K-Mangels mit der Gefahr gefährlicher Hirnblutungen ausgesetzt sind, wird eine Vitamin-K-Prophylaxe in den meisten Ländern der Welt empfohlen. In Deutschland wird sie zumeist oral mit 3 x 2 mg zur Geburt, nach ca. 1 Woche und nach ca. 4-6 Wochen dosiert. In anderen Ländern gibt es andere Dosisschemata.