Der Vitamin-A-Stoffwechsel führt über ein zinkhaltiges Enzym

Retinol verlässt die Leber nur in Begleitung

Vitamin A gelangt auf zwei getrennten Wegen in den Organismus: als Retinylester aus tierischen Lebensmitteln und als Provitamin in Form von Carotinoiden aus pflanzlicher Kost. Beide Zufuhrwege münden im selben Lager. Den weitaus größten Teil des körpereigenen Bestands hält die Leber, gespeichert in den Sternzellen des Lebergewebes. Bei einer gut versorgten erwachsenen Person reicht dieser Vorrat rechnerisch über viele Monate.

Abgegeben wird aus diesem Lager nicht das ganze Molekül auf einmal, sondern eine kleine, laufend nachgeregelte Menge. Der Grund dafür ist chemischer Natur: Retinol ist fettlöslich und im wässrigen Blutplasma für sich genommen kaum transportfähig. Es braucht ein Trägermolekül, das es aufnimmt und an der Zielzelle wieder abgibt.

RBP4 und Transthyretin bilden ein Paar im Plasma

Das Retinol-bindende Protein 4 — in der Fachliteratur meist als RBP4 geführt — nimmt je ein Molekül Retinol in eine taschenförmige Struktur auf. Allein wäre dieses Protein klein genug, um in der Niere aus dem Blut gefiltert zu werden. Deshalb lagert es sich an Transthyretin an, ein deutlich größeres Plasmaprotein. Der zusammengesetzte Komplex passiert den Nierenfilter nicht und bleibt im Kreislauf, bis er auf eine Zelle mit passendem Rezeptor trifft.

An der Zelloberfläche löst sich das Retinol vom Träger und tritt in das Zellinnere über. Erst dort beginnt der Teil des Stoffwechsels, in dem das Molekül chemisch verändert wird.

Alkoholdehydrogenasen: dieselbe Enzymfamilie, ein anderes Substrat

Im Inneren der Zelle wird Retinol zu Retinal oxidiert. Die Enzyme, die diesen Schritt ausführen, gehören größtenteils zur Familie der Alkoholdehydrogenasen. Deren Vertreter tragen jeweils ein Zink-Ion in der Bindetasche, das die Hydroxylgruppe des Substrats in Position hält, während zwei Elektronen auf den Cofaktor NAD⁺ übergehen. Dieselbe Enzymklasse setzt auch Ethanol zu Acetaldehyd um: das Substrat unterscheidet sich, das Bauprinzip nicht.

Genau an dieser Stelle setzt der Text an, den die Europäische Union für Zink freigegeben hat:

Der Rest, der als Retinsäure im Zellkern endet

Ein Teil des Retinals wird ein zweites Mal oxidiert, diesmal ohne Rückweg, zu Retinsäure. Dieses Molekül verlässt den Bereich der Sehphysiologie und wandert in den Zellkern, wo es an Rezeptoren der Familien RAR und RXR bindet. Diese Rezeptoren sitzen an bestimmten Abschnitten der DNA und beeinflussen, welche Gene abgelesen werden. Betroffen sind vor allem Bauprogramme von Deckgeweben — also genau jener Zellschichten, um die es im zweiten Teil dieser Seite geht.

Damit teilt sich der Weg des Vitamin A in zwei Stränge: einen umkehrbaren, der im Auge gebraucht wird, und einen endgültigen, der die Genablesung in Epithelien betrifft. Beide beginnen mit demselben Oxidationsschritt.

Sehzellen und Becherzellen arbeiten mit demselben Rohstoff

Netzhaut und Schleimhaut haben auf den ersten Blick wenig gemeinsam. Das eine Gewebe verarbeitet Licht, das andere hält eine Oberfläche feucht. Der Rohstoff, den beide aus dem Vitamin-A-Haushalt beziehen, ist derselbe.

In der Netzhaut wird Retinal benötigt, genauer: die gewinkelte Variante 11-cis-Retinal. Sie sitzt in einer Tasche des Proteins Opsin; zusammen ergeben beide den Sehfarbstoff Rhodopsin. Trifft ein Lichtquant auf dieses Molekül, klappt der Retinalteil in die gestreckte all-trans-Form um. Diese Formveränderung verändert das umgebende Protein, und das setzt eine Kette von Signalschritten in Gang, an deren Ende ein elektrischer Impuls in Richtung Sehnerv steht.

Anschließend löst sich das gestreckte Retinal aus dem Protein. Es muss zurückgefaltet werden, bevor es erneut brauchbar ist. Dieser Rückweg läuft über die Zellschicht hinter der Netzhaut und über mehrere Zwischenstufen, in denen das Molekül abwechselnd oxidiert und reduziert vorliegt. Ohne diesen Kreislauf wäre der Vorrat an Sehfarbstoff nach wenigen Minuten hellen Lichts aufgebraucht.

Der zweite Strang betrifft Deckgewebe. Feuchte Oberflächen des Körpers sind mit Zellschichten ausgekleidet, in die einzelne Becherzellen eingestreut sind. Diese Zellen geben Mucine ab, große Zuckereiweiße, die mit Wasser einen zähen Film bilden. Welche Zellen in einer Schleimhaut zu Becherzellen heranreifen und wie viel Mucin sie herstellen, hängt unter anderem an der Genablesung, die von Retinsäure mitgesteuert wird.

• Bindehaut und Hornhautoberfläche — die dünnste dieser Schichten, dauerhaft von einem Flüssigkeitsfilm bedeckt.
• Atemwegsepithel — Flimmerhärchen und Schleim arbeiten hier als Einheit.
• Magen-Darm-Trakt — die größte Schleimhautfläche des Körpers, in Quadratmetern gerechnet.
• Harnwege — ein Deckgewebe, das sich beim Füllen und Entleeren dehnt.

Die Europäische Union führt zu diesen Gebieten drei einzelne Einträge für Zink. Sie stehen unabhängig voneinander und dürfen nicht zu einer Sammelaussage verbunden werden.