Retinol
Retinol, auch Vitamin A1 oder Axerophthol, ist ein fettlösliches, essenzielles Vitamin. Chemisch gesehen gehört Retinol zu den Diterpenoiden und ist ein einwertiger primärer Alkohol. Der enthaltene Ring aus sechs Kohlenstoffatomen wird β-Jononring genannt, und das Molekül weist zudem eine Reihe konjugierter Doppelbindungen auf, die für seine Beteiligung am Sehvorgang entscheidend sind. Oftmals wird – auch in vielen Lehrbüchern – Retinol vereinfachend mit Vitamin A gleichgesetzt. Man versteht jedoch unter Vitamin A vielmehr eine Stoffgruppe von β-Jononderivaten, die dasselbe biologische Wirkungsspektrum wie all-trans-Retinol aufweisen, ausschließlich der Provitamine A.
| Strukturformel | ||||||||||
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| Allgemeines | ||||||||||
| Trivialname | Vitamin A1 | |||||||||
| Andere Namen | ||||||||||
| Summenformel | C20H30O | |||||||||
| CAS-Nummer | 68-26-8 | |||||||||
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| Kurzbeschreibung | gelber Feststoff | |||||||||
| Vorkommen | z. B. in Fisch, Leber, Eigelb, Milch | |||||||||
| Physiologie | ||||||||||
| Funktion | Bestandteil des Sehpigments, Wachstumsfaktor, beteiligt bei Testosteronbildung | |||||||||
| Täglicher Bedarf | 0,8–1,0 mg | |||||||||
| Folgen bei Mangel | u. a. Haarausfall, Sehstörungen (z. B. Nachtblindheit), Atrophie von Schleimhäuten und Speicheldrüsen | |||||||||
| Überdosis | 7,5 mg | |||||||||
| Eigenschaften | ||||||||||
| Molare Masse | 286,46 g·mol−1 | |||||||||
| Aggregatzustand | fest | |||||||||
| Schmelzpunkt |
61–63 °C[2] | |||||||||
| Siedepunkt |
120–125 °C (0,67 Pa)[2] | |||||||||
| Löslichkeit |
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| Sicherheitshinweise | ||||||||||
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| Toxikologische Daten | ||||||||||
| Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen. | ||||||||||
Retinol, auch Vitamin A1 oder Axerophthol, ist ein fettlösliches, essenzielles Vitamin. Chemisch gesehen gehört Retinol zu den Diterpenoiden und ist ein einwertiger primärer Alkohol. Der enthaltene Ring aus sechs Kohlenstoffatomen wird β-Jononring genannt, und das Molekül weist zudem eine Reihe konjugierter Doppelbindungen auf, die für seine Beteiligung am Sehvorgang entscheidend sind.
Oftmals wird – auch in vielen Lehrbüchern – Retinol vereinfachend mit Vitamin A gleichgesetzt. Man versteht jedoch unter Vitamin A vielmehr eine Stoffgruppe von β-Jononderivaten, die dasselbe biologische Wirkungsspektrum wie all-trans-Retinol aufweisen, ausschließlich der Provitamine A.[4]
Geschichte
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Retinol wurde 1913 von Elmer McCollum und Marguerite Davis (1887–1967) entdeckt.[5] Sie beschrieben es als ein fettlösliches Vitamin und dessen Bedeutung als antixerophthalmatischen Faktor. Erst 20 Jahre später erfolgte die Reindarstellung des Retinols aus Lebertran durch Paul Karrer.
Die erste Totalsynthese von Retinol gelang 1947 den holländischen Chemikern Jozef Ferdinand Arens (1914–2001) und David Adriaan van Dorp (1915–1995) durch schrittweise Reduktion von Tretinoin. Nach ihnen wurde diese Synthese Arens-van Dorp-Synthese genannt.[6]
Vorkommen und Bedarf
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Tiere und Menschen sind zur De-novo-Synthese von Vitamin A unfähig. Die Bedarfsdeckung erfolgt über die Nahrung. Während Fleischfresser Vitamin A überwiegend in Form von Retinylestern oder Retinol aufnehmen, verwenden Pflanzenfresser Carotinoide als Quelle. Natürliche Hauptnahrungsquellen für Retinylester und Retinol sind Leber, Fischleberöle (Lebertran), Eigelb sowie Milch und Milchprodukte, wobei Leber die mit Abstand größten Mengen enthält.[7]
Der Mensch kann zur Vitamin-A-Bedarfsdeckung sowohl Retinol und Retinylester als auch Provitamin A nutzen. Da das Provitamin nicht gleichermaßen verwertbar ist (Resorption, Umwandlung), ist sein Bedarf höher.
Von der Deutschen Gesellschaft für Ernährung (DGE) der tägliche Bedarf für Erwachsene (18 bis 65 Jahre) mit 0,85 mg (Männer) bzw. 0,70 mg (Frauen) Retinolaktivitätsäquivalent angegeben.[8] 0,1 mg Retinolaktivitätsäquivalent (retinol activity equivalent, RAE) entspricht 0,1 mg Retinol, 1,2 mg β-Carotin oder 2,4 mg andere Provitamin-A-Carotinoide. Schwangeren wird 0,8 mg und Stillenden 1,3 mg empfohlen.[8]
Der Verzehr größerer Mengen von Vitamin A in Form von Retinsäure, wie es bereits nach einer Lebermahlzeit oder einer überdosierten Supplementierung der Fall sein kann, birgt das Risiko für lebertoxische und teratogene Wirkungen.[9] Das Bundesinstitut für Risikobewertung (BfR) hat die tolerierbare obere Einnahmemenge (UL) für Retinol und Retinylester (ohne Vitamin A-aktive Carotinoide) für Erwachsene, Stillende und Schwangere auf 3 mg pro Tag beschränkt, bei Kindern oder postmenopausalen Frauen ist diese noch geringer.[9]
Butterersatzerzeugnisse wie z. B. Margarine oder Mischfetterzeugnisse müssen in Deutschland verpflichtend mit Vitamin A angereichert werden (1 mg pro 100 Gramm Lebensmittel).[9] Bei allen anderen Lebensmitteln soll eine Anreicherung von präformierten Vitamin A aufgrund der geringen Sicherheitsbreite nicht erfolgen. Gemäß BfR soll der Zusatz von präformiertem Vitamin A zu Nahrungsergänzungsmitteln (NEM) entweder ganz entfallen. Alternativ wird eine Höchstmenge von 0,2 mg pro Tagesverzehrempfehlung eines NEM angegeben.
Die Katze benötigt ebenfalls Retinol oder Vitamin A1, nimmt jedoch eine Sonderstellung ein, da sie im Gegensatz zu fast allen anderen Tieren β-Carotin nicht in Retinol umwandeln und sich daher natürlicherweise nur durch den Verzehr von Leber ausreichend mit Vitamin A versorgen kann.[10] Trockenfuttermittel werden daher häufig mit Lutein aus Tagetesblütenextrakt angereichert, welches von der Katze in Retinol umgewandelt werden kann.
Aufnahme, Speicherung und Mobilisierung
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Retinylester stellen die Hauptform des in der Nahrung vorkommenden Vitamin A dar, können jedoch nicht direkt aus der Nahrung aufgenommen werden. Zunächst müssen sie im Darmlumen zu Retinol hydrolysiert werden. Nach der Aufnahme des Retinols in die Enterozyten erfolgt dessen Wiederveresterung mit langkettigen Fettsäuren.[11]
In Säugetieren befinden sich circa 50 bis 80 Prozent des gesamten Vitamin A, bestehend aus Retinylestern und Retinol, in der Leber. Die Ito-Zellen der Leber speichern davon circa 90 bis 95 Prozent. Fast das gesamte Vitamin A (98 %) in den Ito-Zellen liegt in der Esterform vor und ist in Fetttröpfchen verpackt.[12] Eine Hydrolyse ist somit auch Voraussetzung für die Freisetzung von Vitamin A aus der Leber. Diese erfolgt unter Wirkung eines Enzyms (Retinylester-Hydrolase).[13]
Stoffwechsel
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Der Vitamin-A-Stoffwechsel wird im Wesentlichen durch sogenannte RBPs (Retinol-Bindeproteine) gesteuert. Nur mit deren Hilfe wird Vitamin A für den Körper nutzbar, wodurch ein Mangel an diesen Proteinen zu ähnlichen Symptomen führen kann wie ein Vitamin-A-Mangel (Hypovitaminose) selbst.
Kann überschüssiges Retinol nicht durch RBPs gebunden werden, so treten Vergiftungserscheinungen auf. Sie spielen daher auch bei einer Hypervitaminose A eine entscheidende Rolle. Da sie einen sogenannten Zinkfinger besitzen, ist das Spurenelement Zink wichtig für den gesamten Vitamin-A-Haushalt – sowohl bei Unter- als auch Überversorgung.
Synthese
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Die erste vollständige Synthese des Retinols stammt aus dem Jahr 1937 und ging von β-Ionon aus. Dieses wird zunächst mit Ethylbromacetat und Zink in einer Reformatzki-Reaktion umgesetzt. Der erhaltene Carbonsäureester wird mit ortho-Toluidin und Methylmagnesiumiodid in ein Carbonsäureamid überführt. Dieses wird durch Umsetzung mit Phosphorpentachlorid und anschließende Reaktion mit Chrom(II)-chlorid in ein Imin überführt. Hydrolyse ergibt den entsprechenden Aldehyd, der in einer Aldol-Kondensation mit 3-Methyl-2-butenal das Retinal ergibt. Dieses kann in einer Meerwein-Ponndorf-Verley-Reduktion mit Aluminiumisopropanolat zum Retinol reduziert werden.[14]
Die erste industrielle Synthese, die bei Roche entwickelt wurde, ging ebenfalls von β-Ionon aus. Dieses wird in einer Darzens-Glycidester-Kondensation mit Methylchloracetat zu einem Aldehyd umgesetzt. An diesen wird dann ein Grignard-Reagenz aus Ethylmagnesiumbromid und 3-Methylpent-2-en-4-in-1-ol addiert. Die eingeführte Dreifachbindung wird durch Lindlar-Hydrierung in eine Doppelbindung umgewandelt. Die terminale Hydroxygruppe wird mittels Acetylchlorid / Pyridin acetyliert und die zweite Hydroxygruppe durch Erhitzen mit Iod eliminiert, um Retinylacetat zu erhalten. Durch dessen Hydrolyse ist Retinol erhältlich.[14]
Später entwickelte die BASF mithilfe von Georg Wittig eine weitere industrielle Synthese. Wittig teilte seine Erkenntnisse zur von ihm entdeckten und nach ihm benannten Wittig-Reaktion und diese wurde ein Schlüsselschritt in der entwickelten Synthese. β-Ionon wird mit Vinylmagnesiumchlorid oder Vinylmagnesiumbromid zu einem Allylalkohol umgesetzt. Umsetzung mit Triphenylphosphan und einer Säure (Chlorwasserstoff, Bromwasserstoff oder Schwefelsäure) ergibt ein Phosphoniumsalz mit zwei konjugierten Doppelbindungen. Dieses kann mit 4-Acetoxy-2-methyl-2-butenal und Natriummethanolat in einer Wittig-Reaktion zu Retinylacetat umgesetzt werden.[14]
Reaktionen
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Die Biosynthese Vitamin-A-aktiver Verbindungen geht von einem Retinylester (meist Vitamin-A-Palmitat) aus:
Retinol ist die Stammkomponente der Retinoide. Die Oxidation des Alkohols führt zum Retinal, das zu Retinsäure (Tretinoin) weiter oxidiert werden kann.[15]
Analytik
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Die zuverlässige qualitative und quantitative Bestimmung erfolgt nach angemessener Probenvorbereitung durch Kopplung der HPLC mit der Massenspektrometrie.[16][17][18][19] Auch zum Einsatz der Gaschromatographie in Kopplung mit der Massenspektrometrie wurden Arbeiten veröffentlicht.[20]
Retinylester
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Retinylester sind Konjugate des Retinols mit Fettsäuren. Überwiegend werden die gesättigten Fettsäuren Palmitinsäure und Stearinsäure, in geringeren Mengen auch die ungesättigten Fettsäuren Ölsäure, Linolsäure und Linolensäure zur Konjugation genutzt.[7]
Weblinks
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]- Höchstmengenvorschläge für Vitamin A in Lebensmitteln inklusive Nahrungsergänzungsmitteln. (PDF) Bundesinstitut für Risikobewertung, 2021, abgerufen am 6. Januar 2022.
- Höchstmengenvorschläge für Beta-Carotin in Lebensmitteln inklusive Nahrungsergänzungsmitteln. (PDF) Bundesinstitut für Risikobewertung, 2021, abgerufen am 6. Januar 2022.
Einzelnachweise
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]- ↑ Eintrag zu RETINOL in der CosIng-Datenbank der EU-Kommission, abgerufen am 25. September 2021.
- ↑ a b c d Eintrag zu Retinol in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 13. April 2020. (JavaScript erforderlich)
- ↑ a b Datenblatt Retinol synthetic, ≥95% (HPLC), crystalline bei Sigma-Aldrich, abgerufen am 18. April 2025 (PDF).
- ↑ Hanck, Kuenzle, Rehm: Vitamin A. Blackwell Wissensch., Berlin 1991, ISBN 3-8263-2879-5.
- ↑ McCollum, Davis: The necessity of certain lipids during growth. In: J. Biol. Chem., Band 15, 1913, S. 167–175.
- ↑ Jozef Ferdinand Arens, David Adriaan van Dorp: Synthesis of Vitamin A Aldehyde. In: Nature, 1947, 160, S. 189; doi:10.1038/160189a0.
- ↑ a b Thomas Arnhold: 1.4.1 Vitamin-A-Quellen. In: Untersuchungen zum Metabolismus von Vitamin A / Retinoiden im Hinblick auf eine Risikoabschätzung ihrer teratogenen Wirkung beim Menschen. Dissertation, Braunschweig, 7. März 2000, S. 6–7. Volltext
- ↑ a b Vitamin A. Deutsche Gesellschaft für Ernährung, 2020, abgerufen am 6. November 2021.
- ↑ a b c Höchstmengenvorschläge für Vitamin A in Lebensmitteln inklusive Nahrungsergänzungsmitteln. (PDF) Bundesinstitut für Risikobewertung, abgerufen am 6. November 2021.
- ↑ James G Morris: Idiosyncratic nutrient requirements of cats appear to be diet-induced evolutionary adaptations. In: Nutrition Research Reviews, 2002, 15:, S. 153–168; Cambridge University Press
- ↑ Thomas Arnhold: 1.4.2 Absorption und Metabolismus im Intestinaltrakt. In: Untersuchungen zum Metabolismus von Vitamin A / Retinoiden im Hinblick auf eine Risikoabschätzung ihrer teratogenen Wirkung beim Menschen. Dissertation, Braunschweig, 7. März 2000, S. 7–8; Volltext
- ↑ Rune Blomhoff: Vitamin A in Health and Disease. CRC Press, 1994, ISBN 0-8247-9120-7, S. 9.
- ↑ Thomas Arnhold: 1.4.4 Mobilisierung aus der Leber und Aufnahme in extrahepatische Zellen. In: Untersuchungen zum Metabolismus von Vitamin A / Retinoiden im Hinblick auf eine Risikoabschätzung ihrer teratogenen Wirkung beim Menschen. Dissertation, Braunschweig, 7. März 2000, S. 7–8; Volltext
- ↑ a b c Werner Bonrath, Bo Gao, Peter Houston, Tom McClymont, Marc-André Müller, Christian Schäfer, Christiane Schweiggert, Jan Schütz, Jonathan A. Medlock: 75 Years of Vitamin A Production: A Historical and Scientific Overview of the Development of New Methodologies in Chemistry, Formulation, and Biotechnology. In: Organic Process Research & Development. Band 27, Nr. 9, 15. September 2023, S. 1557–1584, doi:10.1021/acs.oprd.3c00161.
- ↑ Thomas Arnhold: 1.2.3 Struktur natürlicher und synthetischer Retinoide. In: Untersuchungen zum Metabolismus von Vitamin A / Retinoiden im Hinblick auf eine Risikoabschätzung ihrer teratogenen Wirkung beim Menschen. Dissertation, Braunschweig, 7. März 2000, S. 3; Volltext
- ↑ Y. Zhang, J. Kong, X. Jiang, J. Wu, X. Wu: Serum fat-soluble vitamins and the menstrual cycle in women of childbearing age. In: Food Funct. 3. Januar 2023, 14(1), S. 231–239; PMID 36484265.
- ↑ R. Pang, S. Feng, K. Cao, Y. Sun, Y. Guo, D. Ma, CP. Pang, X. Liu, J. Qian, Y Xie, Y. Shi, H. He, J. Peng, C. Chen, J. Cui, SA. Labisi, Y. Zhang, Y. Fu, J. Li, Y. Wan, C. Xin, H. Liu, Q. Zhang, RN. Weinreb, H. Wang, N. Wang: Association of serum retinol concentration with normal-tension glaucoma. In: Eye (London), September 2022, 36(9), S. 1820–182s41433-021-01740-6; PMID 34385698.
- ↑ P. Huang, G. Ke, X. Lin, Q. Wang, W. Lu, L. Zeng, S. Xu: Correlation analysis between vitamin A, D, and E status with altitude, seasonal variation, and other factors, among children aged 0-6 years in a Chinese population living in the Tibetan plateau of Ganzi prefecture. In: J Clin Lab Anal., September 2022, 36(9), S. e24620; PMID 35908778.
- ↑ X. Chen, Z. Gong, S. Shen: Determination of vitamin A and vitamin E in human serum by ultra-high performance liquid chromatography-tandem triple quadrupole mass spectrometry. In: Wei Sheng Yan Jiu, März 2021, 50(2), S. 301–307 (chinesisch); PMID 33985641
- ↑ J.L. Napoli, B.C. Pramanik, J.B. Williams, M.I. Dawson, P.D. Hobbs: Quantification of retinoic acid by gas-liquid chromatography-mass spectrometry: total versus all-trans-retinoic acid in human plasma. In: J Lipid Res., März 1985, 26(3), S. 387–392; PMID 3989394.
