Pantothensäure bringt Energie

Anfang des 20. Jahrhunderts beschrieb der Franzose Wildier erstmals ein komplexes Gemisch namens "Bios", das aus Bierwürze gewonnen wurde und essenziell für das Hefewachstum war. Der Amerikaner Williams isolierte 1933 kristallines "Bios" aus Hefe und gab ihm den Namen Pantothensäure. Fünf Jahre später isolierte er sie aus der Leber. 1940 wurde die Struktur und Synthese der Pantothensäure aufgeklärt, 1947 der Nachweis erbracht, dass das wasserlösliche Vitamin in Coenzym A enthalten ist [1].

Chemie: Essenzielles Dipeptid

Pantothensäure ist ein Dipeptid, das sich aus β-Alanin und 2,4-Dihydroxy-3,3-Dimethylbutyrat zusammensetzt. In der menschlichen Zelle kann es nicht synthetisiert werden. Zu den physiologischen Formen des Vitamins zählen D(+)-Pantothensäure und Coenzym A [1]. Auch die alkoholische Form Pantothenol besitzt Vitaminaktivität. Diese Form kann zu Pantothensäure oxidiert werden und besitzt etwa 80% der Wirksamkeit von Pantothensäure [2]. Bei Pantothensäure handelt es sich um ein hellgelbes, visköses, hygroskopisches Öl. Es löst sich ohne Probleme in Wasser, Ethanol, Dioxan und Eisessig. Weniger gut ist die Löslichkeit in Amylalkohol und Ether; in Benzol und Chloroform ist es unlöslich. Das Vitamin ist empfindlich gegenüber Hitze, Säuren und Alkalien.

Vorkommen: In Pflanzen und Mikroorganismen

Pantothensäure kann nicht von höheren Tieren synthetisiert werden, grüne Pflanzen sowie die meisten Mikroorganismen sind jedoch dazu in der Lage. Pantothensäure ist in praktisch allen Nahrungsmitteln pflanzlicher und tierischer Herkunft enthalten. Das erklärt auch den Namen: Der Begriff Pantothensäure lässt sich aus dem Griechischen für "überall" ableiten. Hohe Gehalte findet man in der Leber von Rind, Kalb und Schwein sowie in Hering (Tab. 1), des Weiteren bei Vollkornweizen, Haferflocken und Tomaten.

Die Bioverfügbarkeit von Pantothensäure liegt zwischen 40 und 60%. Durch Hitze wird das Vitamin in β-Alanin und Pantoinsäure bzw. deren Lacton gespalten. Zubereitungsverluste entstehen beim Garen und Haltbarmachen. Sie liegen bei Fleisch zwischen 15 und 50% und bei Gemüse zwischen 37 und 78%. Beim Wiederauftauen von tiefgefrorenem Fleisch geht ein Teil der Pantothensäure mit dem Tropfsaft verloren [1].

Stoffwechsel: Wechselspiel mit CoA

In der Nahrung liegt Pantothensäure vor allem in gebundener Form vor, insbesondere als Coenzym A (CoA). Im Darmlumen werden die Verbindungen zu freier Pantothensäure und Phosphorsureestern hydrolysiert. Während CoA nicht absorbiert werden kann, wird Pantothensäure über einen Na⁺ -abhängigen Transportmechanismus absorbiert [1]. Es wird vermutet, dass dieser Mechanismus einer Sättigungskinetik unterliegt [3]. Zudem ist auch die Aufnahme in die Enterozyten mittels passiver Diffusion möglich.

Über das Blut gelangt das Vitamin schließlich in die Zielzellen [2]. Meist wird Pantothensäure aus dem Plasma über einen Na⁺ -Cotransport in die Zellen aufgenommen und intrazellulär in CoA umgewandelt. CoA ist dann zu 95% in den Mitochondrien lokalisiert. Die höchsten Konzentrationen in abnehmender Reihenfolge sind in Leber, Nebenniere, Niere sowie in Gehirn, Herz und Testes zu finden. Über mehrere hydrolytische Schritte kann Pantothensäure aus CoA wieder freigesetzt werden. Die Plasmakonzentration liegt zwischen 344 bis 583 µg/l. Die Werte nehmen mit zunehmendem Alter ab [1]. Ausgeschieden wird Pantothensäure bzw. 4-Phosphopantothenat vor allem über den Urin. Etwa 15% der zugeführten Pantothensäure werden als CO₂ ausgeatmet und über die Faezes ausgeschieden. Wird zu viel Pantothensäure aufgenommen, wird der Überschuss in erster Linie renal ausgeschieden. Insgesamt korreliert die Ausscheidung stark mit der Nahrungsaufnahme [1].

Vielfältige Funktionen

Pantothensäure verfügt über universelle biologische Wirkungen, da CoA an sehr vielen Reaktionen im Stoffwechsel beteiligt ist [4]. Die reaktive Gruppe von CoA ist die SH-Gruppe des Cysteaminrestes, mit der S-Acetylverbindungen mit hohem Gruppenübertragungspotenzial gebildet werden. Generell gibt es zwei Reaktionstypen, die CoA eingehen kann; zum einen die Übertragung von Acylgruppen, zum anderen Kondensationen.

Im Intermediärstoffwechsel ist Acetyl-CoA der bedeutendste Ester von CoA. Die Verbindung stellt den Endpunkt des Kohlenhydrat-, Fett- und Aminosäurestoffwechsels dar. Wird Acetyl-CoA mit Oxalacetat kondensiert, entsteht Citrat. Hierüber können Kohlenhydrat-, Fett- und Aminosäurekohlenstoffe in den Citratzyklus eingeschleust und unter Energiegewinnung zu CO₂ und H₂ O oxidiert werden. Daneben liefert Acetyl-CoA Acetylgruppen für Glykoproteine und Glykolipide wie N-Acetyl-Glucosamin, N-Acetylgalactosamin und Acetylneuraminsäure.

Ein weiteres Derivat von CoA ist Succinyl-CoA. Es bildet zusammen mit Glycin δ-Aminolävulinsäure, die die Vorstufe des Corrinrings in Vitamin B₁₂ und des Porphyrinrings in Cytochromen und Hämoglobin stellt. Weiterhin ist Succinyl-CoA in der Lage, sein CoA durch Wiedereinschleusung der Acetessigsäure in den Metabolismus von extrahepatischem Gewebe zu übertragen.

Im Lipidstoffwechsel ist CoA von Bedeutung, da im ersten Schritt der Fettsäureoxidation die Fettsäure durch Kopplung an CoA aktiviert wird. Neben CoA hat auch die Pantothensäure eine zentrale Funktion im Fettstoffwechsel. Sie ist unter anderem am Einbau von Fettsäuren in Membranphospholipide als prosthetische Gruppe des Acyl-Carrier-Proteins (ACP) beteiligt. Weiterhin wird Pantothensäure für die Synthese von Cholesterin, Steroidhormonen und für andere Komponenten, die aus Isoprenoideinheiten bestehen, benötigt.

Im Aminosäurestoffwechsel ist Pantothensäure u. a. an der Synthese von Leucin, Arginin und Methionin beteiligt. Auch bei der Modifizierung zellulärer Proteine mit Acetyl- und Acylgruppen soll Pantothensäure von zentraler Bedeutung sein. Durch eine Veränderung kann die Aktivität, aber auch Struktur und Lokalisation von Proteinen stark beeinträchtigt werden. Werden Peptidhormone während ihrer Abspaltung von der Polypeptidvorstufe acetyliert, so wird ihre Hormonaktivität auf verschiedenste Weise beeinflusst. Beispielsweise wird Adrenalin durch N-terminale Acetylierung in seiner Aktivität gehemmt. Auch Acylierungen können auftreten. Durch eine Acylierung wird meist die Fähigkeit des Proteins an regulatorischen Schritten teilzunehmen, beeinflusst [1].

Bedarf wird geschätzt

Bisher ist der genaue Bedarf an Pantothensäure nicht bekannt [2]. Die aktuellen Empfehlungen der Deutschen Gesellschaft für Ernährung (DGE) können daher nur als Schätzwert angegeben werden (Tab. 2). So werden ab dem 13. Lebensjahr unabhängig vom Geschlecht 6 mg Pantothensäure/d empfohlen. Diese Empfehlung gilt auch für Schwangere und Stillende. Auch wenn der Bedarf für diese Personengruppen erhöht ist, kann davon ausgegangen werden, dass er aufgrund der höheren Energiezufuhr gedeckt werden kann. Für Kinder liegen bislang keine spezifischen Daten zum Pantothensäurebedarf vor. Daher ergeben sich die Schätzwerte aus der Interpolation der Angaben für voll gestillte Säuglinge sowie aus den Schätzwerten für Jugendliche und Erwachsene. Kinder, die voll gestillt werden, erhalten mit 750 ml Frauenmilch etwa 1,6 mg Pantothensäure [5]. Der Schätzwert für Säuglinge ergibt sich schließlich aus diesem Wert und einem Sicherheitszuschlag von 25%, woraus sich die Empfehlung von 2 bis 3 mg/d für diese Altersgruppe ergibt [1]. In Deutschland sind laut Bundesgesundheitssurvey Männer bis zum 55. Lebensjahr ausreichend mit Pantothensäure versorgt, Frauen liegen dagegen größtenteils leicht darunter [6].

Mangel lässt die Füße brennen

Da Pantothensäure in Lebensmitteln weit verbreitet ist, kommt ein isolierter Mangel nur selten vor. Tritt ein Mangel auf, so geht dies in der Regel mit einem Mangel an weiteren Vitaminen einher [3]. Ausnahmen stellt eine extreme Mangelernährung dar: So bessert sich das "burning-feet-syndrom", das durch schmerzhaftes Brennen der Fußsohlen gekennzeichnet ist, nach Gaben von Pantothensäure. Allerdings ist unsicher, ob dieser Mangel nur auf Pantothensäure zurückzuführen ist, da es auch mithilfe der Vitamine B₂ und B₆ gebessert werden kann. Im Experiment konnte gezeigt werden, dass durch Gabe des Pantothensäure-Antagonisten ω-Methylpantothensäure im Kombination mit einer pantothensäurearmen Ernährung ein Mangel erzeugt werden kann. Dabei zeigen sich Symptome wie leichte Ermüdbarkeit und Apathie, Schlafstörungen, Kopfschmerzen, Nausea, Muskelkrämpfe und Kribbeln in Händen und Füßen. Zusätzlich konnte eine verminderte Antikörperproduktion sowie eine erhöhte Insulinempfindlichkeit festgestellt werden. Bei einigen Tierspezies wurden zudem Symptome wie Wachstumsstörungen und Gewichtsverlust, Dermatitis und Depigmentierung, Störung des Nervensystems, eine gehemmte Antikörperbildung, Anämie sowie eine gesteigerte Atem- und Herztätigkeit beobachtet [1].

Überdosierungen bislang unbekannt

Eine regelmäßige Zufuhr von Pantothensäure, selbst in größeren Mengen, gilt als sicher [5], da keine toxischen Wirkungen des Vitamins bekannt sind [1]. Wegen der unzureichenden Studienlage, war es bisher nicht möglich ein Tolerable Upper Intake Level festzusetzen [3].

Therapeutische Effekte?

Kann ein Pantothensäuremangelzustand mithilfe der Ernährung nicht behoben werden, ist es möglich, 10 mg Pantothensäure/d zu verabreichen. Für die Therapie sind bis zu 100 mg/d zulässig [3]. Es wird vermutet, dass Pantothensäure über eine protektive Wirkung gegen die Neurotoxizität von Streptomycin verfügt. Auch bei psychischen Störungen, diabetischen Neuropathien, Darmatonie, Hauterkrankungen und Verbrennungen sowie paralytischem Ileus, Analfissuren, Brustrhagaden und Haarwuchsstörungen wurde Pantothensäure eingesetzt, wobei meist Ca- und Na-Salze oder Panthenol verwendet wurden. Doch bisher sind die Effekte dieser Behandlungen nicht validiert worden [1; 7].

Literatur

_{[1] Elmadfa, I, Leitzmann, C: Ernährung des Menschen. Verlag Eugen Ulmer, Stuttgart, 4., korrigierte und aktualisierte Auflage, 374–380 (2004).}

_{[2] Hahn, A., Ströhle, A., Wolters, M.: Ernährung – Physiologische Grundlagen, Prävention, Therapie. Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft mbH, Stuttgart, 112f. (2005)}

_{[3] Domke, A.; Großklaus, R.; Niemann, B.; Przyrembel, H.; Richter, K.; Schmidt, E.; Weißenborn, A.; Wörner, B.; Ziegenhagen, R.: Verwendung von Vitaminen in Lebensmitteln – Toxikologische und ernährungsphysiologische Aspekte; Teil I. BfR Wissenschaft, Berlin,193–197 (2004)}

_{[4] Biesalski, H.-K.; Grimm, P.: Taschenatlas der Ernährung. Thieme, Stuttgart 2., aktualisierte Auflage, 17–175 (2001).}

_{[5] Deutsche Gesellschaft für Ernährung (DGE); Österreichische Gesellschaft für Ernährung (ÖGE); Schweizerische Gesellschaft für Ernährungsforschung (SGE) (Hrsg.): Referenzwerte für die Nährstoffzufuhr. Frankfurt/Main 1. Auflage, 123–126, (2000).}

_{[6] Mensink, G. und M.; v. Beitz, R.; Henschel, Y.: Beiträge zur Gesundheitsberichtserstattung des Bundes: "Was essen wir heute? Ernährungsverhalten in Deutschland". Robert-Koch-Institut Berlin, 57 (2002).}

_{[7] Biesalski, H.-K.: Vitamine. In Biesalski H.-K.; Fürst, P; Kasper, H.; Kluthe, R.; Pölert, W.; Puchstein, C.; Stähelin, B. (Hrsg.): Ernährungsmedizin. Thieme, Stuttgart 3., erweiterte Auflage, 149f.f. (2004)}

Katja Aue