Josef Pies - Vitamin K2

Da kurzkettige Menachinone (MK-6 bis MK-8) eine größere Bioverfügbarkeit aufweisen als längerkettige, haben sie möglicherweise eine größere biologische Bedeutung.

Vitamin K 3(Menadion, Methylnaphthochinon) ist ein synthetisches Molekül ohne Seitenkette, das in kleinen Mengen aber auch als Zwischenstufe bei der Umwandlung von Vitamin K 1in Vitamin K 2in unserem Körper entsteht. In der industriellen Viehzucht wird Menadion dem Futter beigemischt. Es gelangt passiv aus dem Darm in den Körper und wird dort von den Tieren in Vitamin K 2(MK-4) umgewandelt und als solches (Vitamin K 2) von uns später aufgenommen. Vitamin K 3selbst fungiert nicht als Cofaktor und gefährdet die Leber (hepatotoxisch).

Strukturformel von Vitamin K 3(Menadion)

Vitamin K 4(Menadiol, Hydrochinon) wird zur Behandlung von Hypoprothrombinämie (Blutung infolge eines Mangels an Prothrombin) injiziert.

Vitamin K 5(4-Amino-2-Methyl-1-Naphtholhydrochlorid) ist ein Antipilzmittel (Fungizid).

Woher kommt Vitamin K?

Wie erwähnt, dienen unterschiedliche Chinone dem Elektronentransport bei der Energiegewinnung von Lebewesen. Vitamin K 1wird von grünen Pflanzen im Chlorophyll verwendet. Die unterschiedlichen Varianten von Vitamin K 2dienen Bakterien bei der Energiegewinnung, und von der Art der Bakterien hängt die Art der Seitenkette ab. Anaerobe Bakterien (Energiegewinnung ohne Sauerstoff) und viele aerob (Energiegewinnung mit Sauerstoff) gramnegative Bakterien nutzen ausschließlich Menachinone (Vitamin K 2) in ihrer Elektronentransportkette.

In einigen fakultativ aeroben / anareoben Bakterien (sie können zwischen Gärung und Atmung umschalten) wie Escherichia coli werden Ubichinon und Menachinon als alternative Elektronentransporter genutzt. Menachinon ist zudem ein Cofactor des Photosynthese-Reaktionszentrums grüner Schwefelbakterien. Außerdem wurde es im Photosystem I der roten Alge Cyanidium caldarium gefunden. (Oldenburg et al 2008).

Unser Bedarf an Vitamin K 2(Menachinon) wird teilweise in unserem Verdauungstrakt vor allem von anaeroben Bakterien wie Bacteroides fragilis, Eubacterium, Probionibakterium und Arachnia produziert. Dabei unterscheidet sich die Kettenlänge der jeweils produzierten Menachinone voneinander, sodass man auf diese Weise sogar Rückschlüsse auf die Darmflora ziehen kann. Die bisherigen dünnen Daten weisen auf einen Gehalt von 0,3 bis 5,1 Milligramm Menachinon (MK) im Darm hin, was recht ansehnlich ist. Dabei stehen MK-9 und MK-10 mengenmäßig an erster Stelle. Im unteren (distalen) Ende des Dickdarms findet man die größte Menge an Vitamin K 2, weniger im Ileum (Krummdarm), und im Jejunum (Leerdarm) findet sich kaum etwas. Phyllochinon, also Vitamin K 1, findet man hingegen kaum im Verdauungstrakt. Der Gehalt liegt bei nur 0,13 bis 0,63 Milligramm (vgl. Suttie 2009).

Auch bei der Energiegewinnung in den Mitochondrien unserer Zellen bedienen wir uns eines Chinons. Dieses Ubichinon, das allgemein besser als Coenzym Q10 bekannt ist, dient ebenfalls dem Elektronentransport in der sogenannten Atmungskette.

Anders ausgedrückt: Wir können das für die Energiegewinnung notwendige Ubichinon selbst herstellen, Pflanzen benötigen Phyllochinon für die Energiegewinnung und stellen es ebenfalls selbst her. Viele Bakterien benötigen Menachinon für die Energiegewinnung, das sie selbst produzieren. Mensch und Tier wiederum können Phyllochinon gar nicht und Menachinon nur in sehr geringem Maße selbst herstellen, nutzen Ersteres aber als Vitamin K 1vorwiegend für die Steuerung der Blutgerinnung und Letzteres als Vitamin K 2vorwiegend für die Steuerung des Kalziumhaushalts. Beide Vitamine müssen wir mit der Nahrung zu uns nehmen, um ausreichend damit versorgt zu sein.

Vitamin K 1stammt aus grünen Pflanzen und Vitamin K 2aus Fisch, Fleisch und Tierprodukten wie Eier und Milch, da Letzteres von Bakterien im Darm der Tiere produziert wird. Vitamin K 2kann aber auch vom Organismus selbst, so auch beim Menschen, in geringer Menge aus Vitamin K 1hergestellt werden; dazu später mehr.

Nun verstehen wir, warum Pflanzen eine wichtige Quelle für Vitamin K 1sind und Tierprodukte wichtige Quellen für Vitamin K 2. Bakteriell weiter verarbeitete Milchprodukte wie Käse oder Joghurt enthalten sogar noch höhere Konzentrationen an Vitamin K 2als das Ausgangsprodukt, weil durch die Fermentation zusätzlich Vitamin K 1in Vitamin K 2umgewandelt wird.

Aber, und das ist möglicherweise ein kleiner Trost für Veganer, es gibt auch eine pflanzliche Quelle, die äußerst reich an Vitamin K 2ist, nämlich Natto. Diesem in mehrerlei Hinsicht sehr speziellen Nahrungsmittel wird im Folgenden ein eigenes Kapitel gewidmet.

Menschen können nur geringe Mengen Vitamin K 2selbst herstellen.

Tiere, die sich vorwiegend natürlicherweise von grünem Gras ernähren, sind in der Lage, nennenswerte Mengen Vitamin K 2aus Vitamin K 1herzustellen. Wir Menschen haben das weitgehend verlernt und stellen nur noch relativ wenig Vitamin K 2selbst her. Das hängt vermutlich damit zusammen, dass wir in der Nahrungskette ganz oben stehen und einen Teil unseres Bedarfs natürlicherweise an vorgefertigtem Vitamin K 2aus tierischen Lebensmitteln als MK-4 decken. Der Rest (längerkettige Varianten) wird aus fermentierten Milchprodukten, Eiern und fermentiertem Gemüse (Sauerkraut, Natto) gewonnen und von Darmbakterien hergestellt.

Ein Aktivierungsprinzip mit unterschiedlichen Folgen

So erstaunlich es auch klingt, Vitamin K aktiviert eine breite Palette verschiedener Proteine auf ein und dieselbe Weise und löst damit völlig unterschiedliche Reaktionen aus. Bevor wir die einzelnen Proteine näher betrachten, schauen wir uns diesen Aktivierungsmechanismus an, die sogenannte Gamma-Carboxylierung Vitamin-K-abhängiger Proteine.

Das Aktivierungsprinzip: Gamma-Carboxylierung

Wissenschaftlich lässt sich die Rolle von Vitamin K folgendermaßen zusammenfassen: Vitamin K stellt als Cofaktor des Enzyms Gamma-Glutamyl-Carboxylase die posttranslationale Gamma-Carboxylierung von Glutamatresten diverser Proteine und damit ihre Aktivierung sicher. Was das bedeutet und welche Konsequenzen das hat, wird im Folgenden erläutert.

Eiweiße (Proteine) übernehmen vielfältige Aufgaben in unserem Körper (Stütz- und Strukturelemente, Enzyme, Hormone, Botenstoffe usw.). Der Bauplan für jedes Protein ist in der DNS (Desoxyribonukleinsäure) unserer Gene im Zellkern festgelegt. Nach diesen Plänen werden die Eiweiße mithilfe von RNS (Ribonukleinsäuren) an den Ribosomen gebildet, den sogenannten Eiweißfabriken unserer Zellen. Dabei werden die Bausteine der Proteine, das sind zwanzig verschiedene Aminosäuren, wie bei einer Perlenkette aneinandergereiht. Diesen Schritt nennt man Translation, von dem lateinischen Wort translatio für „Übersetzung“. Wie mit den Buchstaben des Alphabets wird gewissermaßen ein Wort gebildet, nämlich das Protein. So hat jedes Eiweiß seine ganz eigene Aminosäurensequenz und -länge. Dieser Prozess spielt sich in bestimmten Zellstrukturen ab: dem Endoplasmatischen Retikulum.

Damit ein Eiweiß aber seine ihm zugedachte Aufgabe übernehmen kann, muss es weiter verändert werden. Es wird gefaltet und es bilden sich Bindungen innerhalb des Moleküls aus. Dadurch erlangt es eine dreidimensionale Form, die sogenannte Tertiärstruktur, es ist gewissermaßen ein Knäuel. Zusätzlich bedarf es aber oft noch weiterer chemischer Veränderungen, der sogenannten posttranslationalen Modifikation.

Genau hier kommt nun Vitamin K ins Spiel. Seine Aufgabe ist es – vereinfacht ausgedrückt –, als Coenzym dabei zu helfen, bestimmten Proteinen an bestimmten Stellen, den Glutamatresten, ein Kohlendioxid-Molekül (CO 2, Carboxylgruppe) anzuheften. Dadurch wird das Protein dann aktiviert. Diesen Prozess nennt man Carboxylierung. Da die Veränderung an der sogenannten Gamma-Position des Glutamats stattfindet, handelt es sich um eine Gamma-Carboxylierung, und das dafür zuständige Enzym ist die Gamma-Glutamyl-Carboxylase (γ-Glutamyl-Carboxylase, GGCX). Dieses Enzym benötigt die Unterstützung eines Cofaktors und das ist Vitamin K.