Pantothensäure (Vitamin B5) – Definition, Synthese, Resorption, Transport und Verteilung

Pantothensäure – Vitamin B5 – wurde zuerst als essentieller Wachstumsfaktor von Hefen entdeckt, später auch als Wuchsstoff für Milchsäurebakterien, Küken und Ratten. Aufgrund dieses ubiquitären Vorkommens erhielt der Stoff den Namen Pantothensäure. Der Begriff "Pantothen" stammt aus dem Griechischen – pantos = überall [2, 3, 4, 6].

Pantothensäure gehört zu den wasserlöslichen Vitaminen des B-Komplexes und ist chemisch betrachtet ein Dipeptid, bestehend aus der aliphatischen Aminosäure Beta-Alanin und dem Buttersäurederivat Pantoinsäure, das in der menschlichen Zelle nicht synthetisiert werden kann [2, 3, 4, 6, 7, 8, 9, 11, 13]. Beta-Alanin und Pantoinsäure beziehungsweise 2,4-Dihydroxy-3,3-Dimethylbutyrat sind über eine Peptidbindung miteinander verknüpft.

Neben der Säure ist auch der der D-Pantothensäure entsprechende Alkohol R-Pantothenol – identisch mit D-Panthenol – biologisch aktiv. Er kann zu Pantothensäure oxidiert werden und besitzt etwa 80 % der biologischen Wirksamkeit der Pantothensäure. Die S-Formen der Pantothensäure beziehungsweise des Panthenols haben keine Vitaminaktivität [2, 3, 4, 6, 9, 14].

D-Pantothensäure ist ein instabiles, stark hygroskopisches, blassgelbes, visköses Öl. Aufgrund der Instabilität werden meistens Natrium-D-Pantothenat, Calcium-D-Pantothenat und D-Panthenol diätetischen Lebensmitteln und Nahrungsergänzungsmitteln zugesetzt und für die Anreicherung von Lebensmitteln verwendet [2, 3, 4, 11].

Pantothensäure entfaltet ihre Wirkung im pflanzlichen, tierischen und menschlichen Organismus ausschließlich in Form von Coenzym A (CoA) und 4́-Phosphopantethein, einem wesentlichen Bestandteil der Fettsäuresynthase [2, 3, 4, 7, 10, 11].

• Coenzym A ist an zahlreichen Stoffwechselreaktionen beteiligt und setzt sich aus mehreren Komponenten zusammen. Dazu gehört Cysteamin – auch Thioethanolamin –, D-Pantothensäure, Diphosphat, Adenin sowie Ribose-3́-Phosphat. Betrachtet man die Pantothensäure zusammen mit dem Cysteamin, spricht man vom Panthetein. Das Diphosphat kann man zusammen mit dem 3́-Phospho-Adenosin als
  3́-Phospho-Adenosindiphosphat auffassen. Schließlich besteht Coenzym A aus Panthetein und 3́-Phospho-ADP.
• Zählt man zu dem Panthetein einen Phosphatrest des Coenzym A-Moleküls hinzu, so entsteht 4́-Phosphopantethein. Letzteres stellt die prosthetische Gruppe der Fettsäuresynthase dar, das heißt, dass 4́-Phosphopantethein fest an das Enzym gebunden ist. Die Fettsäuresynthase ist ein Multienzymkomplex zur Synthese gesättigter Fettsäuren. Sie besitzt ein Acyl-Carrier-Protein (ACP) mit zwei wichtigen funktionellen Sulfidgruppen, einer peripheren SH-Gruppe, die von einem Cysteinylrest gebildet wird, und einer zentralen SH-Gruppe, die vom 4́-Phosphopantethein stammt.

Vorkommen und Verfügbarkeit

Wie der Name sagt, ist Pantothensäure in der Natur weit verbreitet. Sie wird von grünen Pflanzen und den meisten Mikroorganismen, jedoch nicht vom Organismus höherer Tiere gebildet [6]. In pflanzlichen und tierischen Geweben liegen 50 bis 95 % in Form von Coenzym A und 4́-Phosphopantethein vor [4, 13].

Vitamin B5 ist praktisch in allen pflanzlichen und tierischen Lebensmitteln enthalten. Besonders reich an Pantothensäure sind der Weiselsaft der Bienen (Gelee Royal) und die Ovarien (Eierstöcke) von Stockfischen [2, 3, 4, 13].

Da Pantothensäure wasserlöslich und hitzeempfindlich ist, können bei der Zubereitung von Nahrungsmitteln Verluste auftreten. Erhitzung führt zur Spaltung des Vitamins in beta-Alanin und Pantoinsäure beziehungsweise deren Lacton. Sowohl bei Erhitzung als auch Konservierung von Fleisch und Gemüse muss mit Verlusten zwischen 20 und 70 % gerechnet werden. Vor allem im alkalischen und sauren Milieu sowie beim Auftauen tiefgefrorenen Fleisches kommt es zu größeren Verlusten an Pantothensäure [2, 4, 9, 14].

Resorption

Die mit der Nahrung zugeführte Pantothensäure wird im Wesentlichen in gebundener Form, vorwiegend als Bestandteil von Coenzym A und der Fettsäuresynthase aufgenommen. Die Resorption dieser Verbindungen ist nicht möglich. Aus diesem Grund werden Coenzym A und das Enzym zur Bildung gesättigter Fettsäuren im Lumen von Magen und Darm über die Zwischenstufe Pantethein zu freier Pantothensäure und Phosphorsäureestern gespalten.

Im gesamten Dünndarm werden sowohl Pantethein als auch die freie Pantothensäure durch passive Diffusion in die Enterozyten der Dünndarmmukosa (Dünndarmschleimhaut) aufgenommen. Pantothensäure kann zudem aktiv durch einen Natrium-abhängigen Cotransport resorbiert werden.

Der endgültige Abbau des Pantetheins zu Pantothensäure erfolgt in den Enterozyten. Der Alkohol Panthenol, auf die Haut aufgebracht oder oral verabreicht, kann ebenfalls passiv resorbiert werden. In den Zellen der Darmmukosa wird Panthenol mit Hilfe von Enzymen zur Pantothensäure oxidiert [2, 3, 4, 6, 8, 9, 13, 14].

Transport und Verteilung im Körper

Von den Enterozyten der Darmmukosa gelangt Pantothensäure in die Blut- und Lymphbahn, wo das Vitamin an Proteine gebunden direkt zu den Zielgeweben transportiert und in die Zellen aufgenommen wird. Die Aufnahme aus dem Plasma in die Zellen findet zum größten Teil über einen aktiven Natrium-abhängigen Cotransport statt.

Bestimmte Speicherorgane für Vitamin B5 sind nicht bekannt. Höhere Gewebekonzentrationen an Pantothensäure finden sich jedoch in Herzmuskel, Nieren, Nebennieren und Leber [2, 3, 4, 13].

Metabolismus

Um einem raschen Verlust durch die Nieren vorzubeugen, unterliegt Pantothensäure einer schnellen intrazellulären Umwandlung zu seinen Wirkformen 4́-Phosphopantethein und Coenzym A.
Der erste Schritt der Coenzym A-Synthese erfolgt durch das Enzym Pantothenat-Kinase. Dieses Enzym phosphoryliert mit Hilfe des Energieträgers ATP – Adenosintriphosphat – Pantothensäure zu 4́-Phosphopantothensäure. Die phosphorylierte Säure wird anschließend mit der Aminosäure L-Cystein zu 4́-Phosphopantothenylcystein amidiert und durch eine Decarboxylierungsreaktion in 4́-Phosphopantethein umgewandelt. Eine Kondensation mit dem Nukleotidrest von ATP führt zum Dephospho-Coenzym A, das letztlich durch das Anhängen einer weiteren Phosphatgruppe zum fertigen Coenzym A aufgebaut wird [6].

Coenzym A geht nun in den Intermediärstoffwechsel als universeller Überträger von Acylgruppen ein. Acyle sind Radikale oder funktionelle Gruppen, die von organischen Säuren stammen. Dazu gehören beispielsweise das Acetyl-Radikal der Essigsäure und die Aminoacyl-Reste, die sich von den Aminosäuren ableiten. Der 4́-Phosphopantetheinrest des Coenzyms A dient zum Aufbau der Fettsäuresynthase. Dazu wird er auf die Hydroxyl – OH – Gruppe eines Serinrests des Enzyms zur Fettsäuresynthese übertragen. Das 4́-Phosphopantethein bildet die zentrale SH-Gruppe der Fettsäuresynthase und spielt damit die Rolle des Coenzyms [2, 3, 4, 6, 10, 14].

Abbau und Ausscheidung

Coenzym A ist zu 95 % in den Mitochondrien – Zellorganellen zur ATP-Synthese – lokalisiert. Dort wird Pantothensäure über mehrere hydrolytische Schritte in einer Umkehr der Biosynthese aus Coenzym A freigesetzt. Der letzte Schritt des Coenzym A-Abbaus besteht in der Spaltung von Panthetein, die freie Pantothensäure und Cysteamin liefert [2, 3, 4, 6].

Pantothensäure wird im Organismus nicht abgebaut, sondern unverändert beziehungsweise in Form von 4́-Phosphopantothenat ausgeschieden. Oral zugeführtes Vitamin B5 erscheint zu 60-70 % im Urin und zu 30-40 % im Stuhl. Wurde die Pantothensäure intravenös injiziert, ist fast die gesamte Menge innerhalb von 24 Stunden im Urin nachweisbar [1, 11]. Ein Überschuss an aufgenommener Pantothensäure wird zum größten Teil über die Niere mit dem Urin ausgeschieden. Es besteht eine enge Korrelation zwischen der zugeführten und ausgeschiedenen Vitamin B5-Menge [1, 11].

Des Weiteren wurden die folgenden Fachbücher für die Verfassung dieses Artikels herangezogen [15, 16].

Literatur

1. Bässler KH, Golly I, Loew D, Pietriik K: Vitamin-Lexikon. 3. Auflage. Urban & Fischer, München, Jena; 2002
2. Biesalski H, Grimm P, Nowitzki-Grimm S: Taschenatlas Ernährung. 7. Auflage, Thieme, 2017
3. Biesalski HK, Bischoff SC, Pirlich M, Weimann A (Hrsg.): Ernährungsmedizin. Nach dem Curriculum Ernährungsmedizin der Bundesärztekammer. 5. Auflage. Georg Thieme Verlag, Stuttgart 2017
4. Biesalski HK: Vitamine, Spurenelemente und Minerale. Indikationen, Diagnostik, Therapie. 3. Auflage, Georg Thieme Verlag, München 2024
5. Deutsche Gesellschaft für Ernährung, Österreichische Gesellschaft für Ernährung, Schweizerische Gesellschaft für Ernährungsforschung, Schweizerische Vereinigung für Ernährung: Referenzwerte für die Nährstoffzufuhr. 5. Auflage. In: DGE/ÖGE/SGE/SVE. Umschau- Braus-Verlag, Frankfurt/Main (2013)
6. Elmadfa I, Leitzmann C: Ernährung des Menschen. 374-380. Eugen Ulmer Verlag, Stuttgart; 2004
7. Gaßmann B: Pantothensäure. Ernährungs-Umschau 46(4):43-47; 1999
8. Hahn A, Ströhle A, Wolters M. Ernährung. Physiologische Grundlagen, Prävention, Therapie. 4. Auflage, Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft, Stuttgart 2023
9. Leitzmann C, Müller C, Michel P, Brehme U, Hahn A, Laube H: Ernährung in Prävention und Therapie. 46-47. Hippokrates Verlag, Stuttgart; 2005
10. Leonardi R, Zhang YM, Rock CO, Jackowski S: Coenzyme A: back in action. Prog Lipid Res. 2005 Mar-May;44(2-3):125-53.
11. Miller JW, Rogers LM, Rucker RB: Pantothenic acid. In: Present Knowledge in Nutrition. Bowman B.A., Russel R.M. (Eds.) 8th Edition. ILSI Press, Washington, DC, p. 253-260
12. Plesofsky-Vig N, Brambl R: Pantothenic acid and coenzyme A in cellular modification of proteins. Annu Rev Nutr. 1988;8:461-82.
13. Schmidt E, Schmidt N: Leitfaden Mikronährstoffe. Orthomolekulare Prävention und Therapie. 177-182. Urban & Fischer, München, Febr. 2004
14. van den Berg H: Bioavailability of pantothenic acid. Eur J Clin Nutr. 1997 Jan;51 Suppl 1:S62-3.
15. Hidgon J, Drake VJ: An Evidence-Based Approach to Vitamins and Minerals. Health Benefits and intake recommendations. 2nd Edition, Georg Thieme Verlag, München 2022
16. Matissek R, Hahn A: Lebensmittelchemie. 10. Auflage, Springer Spektrum Verlag, Heidelberg 2023