Fortschrittsbericht

Aus dem Institut fur Ernahrung in Potsdam-Rehbriicke der Deutschen Akademie der Wissenschaften zu Berlin

(Bereich Physiologie der Erntihrung; Leiter: Prof. Dr. H.-A. KETZ)

Vitamin A und Eiwe8

VV. RODEL

DK GI 2.392.01A:G12.398 Vitamin A, physiologische Wirkung, EiweiD- EinfluB

In einer Ubersicht werden die wechselseitigen Beziehungen zwischen Vitamin A und EiweiD an Hand der jiingeren Literatur dargelegt. Im einzelnen werden folgende Themen behandelt : Vitamin-A-Bedarf und EiweiDversorgung, Resorption und Spei- cherung des Vitamin A in Abhkgigkeit von der EiweiDversorgung, Carotinausnutzung und EiweiSversorgung, Bindung von Vitamin A und Carotin an Proteine, EinfluD von Vitamin A auf den EiweiDstoffwechsel.

Einleitung

Der in afrikanischen, asiatischen, mittel- und siidamerikanischen Landern beim Menschen auftretende Kwashiorkor, eine durch EiweiDmangel hervorgerufene, haufig von Vitamin-A- Mangelerscheinungen begleitete Krankheit, sowie die Notwendigkeit einer optimalen Vitamin- .%-Versorgung fur die Aufrechterhaltung von Gesundheit und Leistungsfahigkeit der land- wirtschaftlichen Nutztiere weisen auf die Aktualitat und Bedeutung der wechselseitigen Be- ziehungen zwischenvitamin A und Eiwei5 hin. Dies spiegelt sich auch in der uberaus grofien Zahl von Veroffentlichungen der letzten Jahre zu diesem Thema wieder.

illtere Mitteilungen werden in dieser tfbersicht nur teilweise berucksichtigt. In diesem Zu- sarnmenhang sol1 auf den Bericht von MOORE [g4] ,,Vitamin A und Proteine" hingewiesen werden.

Vitamin-A-Bedarf und Eiweipuevsovgung

];ingangs seien in kurzer Form einige allgemeine Gesichtspunkte uber das physiologische Verhalten des Vitamins A erertert, die dem besseren Verstkdnis der geschilderten Befunde dienen solten. Der experimentell zu bestimmende Vitamin-A-Status ist ein Komplex, in dem sic:> Resorption, Umwandlung von Provitaminen, Transport, Speicherung und Verbrauch widerspiegeln. Als Kriterien hierfiir werden haufig der Vitamin-A-Gehalt in Leber, Niere oder Serum herangezogen. Die Leber dient als Speicherungsorgan fur das Vitamin A, in geringe- rern Umfang noch die Niere [g3a]. Der Vitamin-A-Serumspiegel ist unter normalen Bedin- gungen nicht vom Leber-Vitamin-A abhangig [4,57, g3b]. Das Blut fungiert sowohl fur die Speicherung als auch fur die Mobilisierung des gespeicherten Vitamins als Transportsy- stem. Dies zeigt die Schwierigkeiten, aus dem Vitamin-A-Gehalt von Leber. Niere oder Serum eindeutige Aussagen iiber einzelne Stufen des Vitamin-A-Stoffwechsels zu machen, und die groBe Bedeutung der Auswahl geeigneter Bedingungen fur Interpratation und Aussagekraft der Befunde.

3 e r Abbau von Vitamin-A-Leherreserven unter verschiedenen Bedingungen gibt Auskunf t uber den jeweiligen Bedarf. Derartige Versuche zum Studium des Einflusses der Protein-

RODEL

versorgung wurden von mehreren Arbeitsgruppen an Ratten durchgefuhrt. So verwendeten JAGANNATHAN 11. a. 1691 Diaten mit einem EiweiBgehalt zwischen 6 und 30°/0, R E C H I G L u. a. [ I I I ] zwischen o und 18% und BOHDAL u. a. [ZI, 22, 231 zwischen 4.5 und 55 ca1.-7;. Die Er- gebnisse zeigten ubereinstimmend eine gesteigerte Abnahme des Vitamins A in der Leber rnit steigender Proteinversorgung und verstarktem Wachstum. Nach BOHDAL u. a. war die Vita- min-A-Konzentration in der Niere bei 18 caI.-yo am hochsten und nahm nach beiden Seiten infolge Hypertrophie der Niere ab. Dagegen fanden RECHIGL u. a. sowohl eine Zunahnie der Gesamtmenge als auch der Konzentration an Vitamin A in der Niere rnit steigender EiweiD- zufuhr. Die letztgenannten Autoren untersuchten weiterhin den EinfluB der Proteinqualitat auf die Vitamin-A-Versorgung. Die mit 18% Casein ernahrten Tiere hatten bei Versuchsende weniger Vitamin A in der Leber als die langsamer wachsenden Tiere, die ein Futter rnit 18% Gluten oder Zein bekommen hatten. Eine Zugabe von .4minosauremischungen forderte bei letzteren Wachsturn und Abbau der Vitamin-A-Leberreserven. Es resultierte eine lineare Beziehung zwischen Gewichtszunahme und Vitamin-A-Verbrauch und weiterhin eine Abhan- gigkeit der Ausnutzungsrate des Vitamin A ron der Proteinqualitat, nicht aber von der quantitat, Nach Untersuchungen von DESMUKH u. a. [31] bewirkt Proteinmangel bei Ratten eine Herabsetzung des Vitamin-A-Serumspiegels auf Grund eines verminderten Abbaus der Leberreserven. Ebenfalls an Ratten konnten BHATTACHARYA u. a. [ 2 0 ] zeigen, dal3 die durch Zugabe eines Uberschusses an einzelnen Aminosauren zu einer Ioxigen Caseindiat hervor- gerufene Aminosaureimbalance eine Storung des Abbaus der Vitamin- A-Leberreserven zur Folge hat. Auf einen verringerten Vitamin- A-Bedarf von Vitamin- A-Mangelratten, deren Wachstumsrate durch ungeniigende Proteingaben begrenzt worden ist , kann man nach MILI- CIC aus dem verzogerten Auftreten von Xerophthalmie schlieBen [92].

Die an Ratten erzielten Befunde konnten an anderen Spezies bestatigt werden. Nach KON- STANTINOW [72] haben Kiiken und Huhner, die ein Futter rnit 30-.35y0 Protein bekommen, einen hoheren Vitamin-A-Bedarf, und es treten friiher Mangelerscheinungen auf als bei Ver- wendung eines Futters rnit 5-12y0 Protein. Auch STOEWSAND u. a. [IZO, 1231 stellten an Kiiken bei einer Hochproteindiat ein beschleunigtes Auftreten von Vitamin-A-Mangelsymp- tomen fest. Nach ERWIN u. a. [47] nehmen die Vitamin-A-Leberreserven von Ochsen bei 1gy0 Protein im Futter schneller ab als bei I I yo.

Zusammenfassend kann gesagt werden, daO bei qualitativ und quantitativ hoher EiweiOdiat und dem daraus resultierenden guten Wachstum ein verstarkter Abbau der Vitamin-A-Ikber- reserven als Zeichen eines groOen Bedarfs erfolgt.

Resorption und Speicherung des Vitamin A i n Abhangigkeit von der Eiweipvevsorgung

Wie bereits eingangs geschildert wurde, konnen Veranderungen des Vitamin-A-Gehaltes der Leber, der Niere oder des Serums veischiedene Ursachen haben. Versuche, hei denen nach einer langeren Fiitterungsperiode rnit kontinuierlicher Vitamin-A- oder Provitamin-A-Zufuhr gearbeitet wird, schlieBen also auf alle Falle den von der EiweiBzufuhr abhangigen Verbrauch a n Vitamin A ein, neben einer maglichen Beeinflussung der Resorption, des Transportes oder des Speicherungsvorganges selbst.

RECHIGL u. a. [ ~ o g ] fiitterten wachsende Ratten 3 Wochen lang rnit einem Futter, das 18% oder 0% Casein enthielt. Den Tieren wurden 30 I E Vitamin-A-Acetat pro 48 h oral appliziert. Die Autoren fanden, daB EiweiB fur die Vitamin-A-Speicherung nicht notwendig ist, da sowohl die Vitamin-A-Menge pro Gesamtleber als auch pro g Leber bei den Proteinmangeltieren hoher lag als bei den Tieren mit optimaler Proteinversorgung. Daruber hinaus untersuchten RE- CHIGL u. a . [I 101 an weiblichen Ratten die Vitamin-A-Speicherung unter Verwendung einer gyoigen Caseindiat, die rnit einem UberschuB Leucin bzw. Norleucin versetzt worden war. Die Aminosaureimbalance spiegelte sich in einem herabgesetzten Wachstum wider. Dt:r Vit- amin-A-Lebergehalt dieser Tiere war jedoch hoher als der der Kontrolltiere, die Speicherung war also nicht verschlechtert. Dagegen lagen die Vitamin-A-Werte in der Niere bei Amino- saureimbalance niedriger. DIETL [32, 331 untersuchte an Ratten den EinfluD der Protein- qualitat auf die Vitamin-A-Speicherung. Proteine geringer biologischer Wertigkeit bewirkten,

Vitamin A und EiweiB 215

wie aus dem erhohten Vitamin-A-Gehalt der Leber zu schlieBen ist, keine Herabsetzung dcr Resorption. Lediglich bei Verabreichung einer Diat mit 12% Gluten wurde eine verminderte Vitamin-.4-Resorption beobachtet. In allen Fallen stieg jedoch mit wachsender Proteinquali- tat die Vitamin-A-Menge in Serum und Niere. Von ziir Diat zugegebenen Aminosauren zeigte besonders Lysin einen starken EinfluB auf Wachstum und Vitamin-A-Status im Sinne einer Verbesserung der Proteinqualitat. Den EinfluB des .illters zeigen die Ergebnisse von LEUTSKII u. a. [Sz] an Ratten, denen 3 Wochen eine Diat mit variierendem Proteingehalt sowie nnter- schiedlichen Vitamin-A-Dosen verabreicht wurde. Wahrend bei Tieren rnit 50 g Anfangs- gewicht die in der Leber gespeicherte Menge Vitamin A mit steigender Proteinzufuhr infolge des verstarkten Wachstums und des damit verbundenen erhohten Vitamin-A-Bedarfs ab- nahni, stieg bei alteren Ratten der Vitamin-A-Gehalt der Leber rnit zunehmendem Diatpro- tein. MATHEWS u. a. [go] fanden bei wachsenden Ratten, denen eine Diat mit 4 bzw. 20%

Casein und eine orale Gabe von 6 oder 12 pg Vitamin-A-Alkohol pro Tag verabreicht wurde, keina Unterschiede des Vitamin-A-Spiegels im Serum oder in der Leber. Resorption und Transport des Vitamin A waren unter den gewahlten Bedingungen also unverandert. Nach 6wochiger Verabreichung einer vollig proteinfreien Kost konnte allerdings kein normaler Vit- amin-A-Serumspiegel aufrechterhalten werden. In ubereinstimmung rnit den Ergebnissen von MATHEWS u. a. fanden auch ARNRICA u. a. [8] an jungen Ratten unter Venvendung einer Diat rnit 11, 22, oder 40% Casein gleiche Vitamin-A-Leberspeicherungswerte. MURRAY [97] folgerte aus seinen Ergebnissen rnit einer proteinfreien Ditit, daI3 Protein fiir die Resorption und Speicherung von Vitamin A bei Ratten nicht notwendig sei. Allerdings ist hierbei die relativ kurze Fiitterungsperiode von 2 Wochen in Betracht zu ziehen.

Im Gegensatz zu dem bisher Geschilderten stellten mehrere Antoren eine verringerte Resorp- tion bzw. Speicherung von Vitamin A bei Proteinmangelratten fest. So war nach Versuchen von PERETIANU u. a. [ I O ~ ] bei Ratten rnit einer abgestuften Proteindigt von 8. IZ, 18 oder 240/b Casein und 70 IE Vitamin A pro Tag in Form von Lebertran die Vitamin-A-Speicherung der I’roteinzufuhr proportional, wobei jedoch zwischen 18 und 24% Casein kein wesentlicher Unterschied bestand. Nach VAKII. u. a. [129] war bei einer taglichen Gabe von 17,2 pg Vit- amin-.%-Acetat in 01 die Leberspeicherung von Ratten, die eine vollig proteinfreie Drat bekom- men hatten, geringer als bei den mit 18% Protein ernahrten Kontrolltieren. Die Ekdeutung schwefelhaltiger Aminosauren fur den Vitamin-A-Gehalt von Rattenlebern zeigen die Versuche von KOYANAGI u. a. [74]. Junge Ratten hatten, nach der qwbchigen Fiitterungsperiode rnit einer S-.4minosaure-Mangeldiat, die I oder IOO pg Vitamin-A-Palmitat in 500 g Futter ent- hielt, erniedrigte Vitamin-A-Leberreserven. Die Leberspeicherung konnte durch Zugabe von Methionin oder Cystin, nicht dagegen durch Lysin oder Gelatine erhoht werden. ESH u. a. [50] untersuchten den EinfluB von Proteinquantitat und -qualitat auf die Vitamin-A-Speicherung jungrr Ratten bei einer taglichen Dosis von 45 I E Vitamin A. Die Futtermischungen ent- hieltan 6 bzw. 18% Casein oder 18% Protein aus Reis, Weizen oder Hiilsenfriichten. Wahrend nach z Wochen keine Unterschiede festgestellt werden konnten, betrug nach jwochiger Ver- suchaperiode die Vitamin-A-Speichernng bei der 18%-Caseingruppe das z- gfache der der anderen Gruppen. Andere Ergebnisse erhielt die gleiche Arbeitsgruppe bei Versuchen rnit ausgewachsenen Ratten [@I. Die Tiere erhielten neben einer taglichen Gabe von 50 1E Vitamin-A-Palmitat zunachst z Wochen lang eine proteinfreie Diat. Nach einer anschliefien- den Fiitterungsperiode rnit 6, 12 oder 18% Protein bestand eine umgekehrte Beziehung zwi- schen Leber-Vitamin-A und Diatprotein, nach weiteren z Wochen wies jedoch die 12%-Gruppe die hcichsten Leber- uud Serumwerte auf. Die Tiere zeigten nach einer awiichigen Fiitterungs- periode mit verschiedenen Diatproteinen eine gleiche Leberspeicherung nach Applikation von je 710 IE Vitamin A an 3 aufeinanderfolgenden Tagen vor der Untersuchung, nach einer qwijchigen Fiitterungsperiode wiesen dagegen die mit 18% Protein versorgten Tiere die h k h - sten Vitamin-A-Lebenverte auf. Die Unterschiede zwischen den einzelnen Gruppen waren jedoch nicht groI3, eine statistische Auswertung der Ergebnisse fehlt. Ahnliche Befunde werden auch von JAGANNATHAK u. a. [68] mitgeteilt. Sie fanden bei Ratten, die 4 Wochen lang pro Tag 35 IE Vitamin A in oliger Usung und ein Futter mit 3. 6, 12, 18 oder 30% Casein erhalten hatten, ebenfalls bei 12% Protein die hbchsten Vitamin-A-Leberwerte. Signifikanz konnte jedoch lediglich zwischen den Versuchsgruppen mit 12 und 30% Diatprotein ermittelt werden.

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Speziell die Phasen der Resorption und Speicherung des Vitamin A bei Ratten untersuchten DESMUKH u. a. [31]. Sie verabreichten oral eine einmalige Dosis von 10 mg Vitamin-A-Acetat nach einer gotagigen Futternngsperiode rnit 5 . 10 oder 200/; Casein und ermittelten den Gehalt an Vitamin A in Intestinalinhalt, -mucosa, -muskel, Blut und Leber in verschiedentm Zeit- intervallen bis I I O h nach der Applikation. Unter diesen Bedingungen diirfte der Abbau des Vitamin A zu vernachlassigen sein. Die ermittelten Daten zeigeri eine Verschlechterung der Resorption und Speicherung des Vitamin A bei suboptimaler Proteinernahrung. Allerdings ist bei der Beurteilung dieser Versuche die hohe Dosis von fast 30000 IE, also ca. das qoofache des optimalen taglichen Bedarfs [2 , g3c] zu bedenken, die den im Gewicht unterschiedlichen Tieren verabreicht wurde. Versuche von RODEL u. a. [ I I ~ ] an 4 Wochen lang rnit 5, 10 oder 18% Diatprotein gefutterten Ratten, denen oral eine auf die Oberflache bezogene Dosis von ca. 6000 I E Vitamin-A-Acetat appliziert wurde, zeigten hingegen keine Herabsetzung der Leberspeicherung bei suboptimaIer Proleindiat, obwohl die Verweilzeit des Vitamin A im Darm verlangert war. Diese Befunde wurden unter Verwendung von 1%-markiertem Vit- amin-A-Acetat mit physiologischen Dosen von ca. 50 I E bestatigt. Bei intraduodenaler hppli- kation von 2000 I E Vitamin A war die Leberspeicherung bei den Tieren mit suboptimaler Proteinversorgung signifikant erniedrigt. Sowohl die spezifische Aktivitat [31] als auch die Gesamtaktivitat [I 141 der fur den Resorptionsvorgang erforderlichen Vitamin-A-Esterasen waren bei Proteinmangelratten im Verdauungstrakt erniedrigt. Moglicherweise ist dies ein Grund fur den verlangerten Resorptionsvorgang bzw. die verminderte Aufnahme bei groBem Vitamin-A-Angebot im Darm.

Den zahlreichen Versuchen an Ratten stehen nur relativ wenige an anderen Spezies durch- gefiihrte Experimente gegenuber. So fanden FRIEND u. a. [55, 561 an jungen Schweinen bei suboptimaler Proteinversorgung eine Erniedrigung des Vitamin A in Leber und Serum. ANDERSON 11. a. [I] stellten an Schafen fest, da13 bei einer taglichen intraruminalen Injektion von O , I mg Vitamin-A-Acetat pro kg Korpergewicht und Verfutterung einer Diat mit 5,95:, Protein nur halb so vie1 Vitamin A in der Leber gespeichert wird wie bei 10,4% Protein. Bei Kuken fanden OLSEN u. a. [ I O ~ ] uuter Verwendung von 400,1200 oder 2400 IE Vitamin A pro kg Futter eiue reziproke Beziehung zwischen EiweiBzufuhr und Vitamin-A-Leberspiegel. Eine Steigerung des Diatproteins von 16,90/'0 auf 24,6y0 hatte eine Abnahme des Vitamin A in der Leber um ca. 40% zur Folge. Gleiche Befunde erhielten FERRANDO u. a. [54] an Kiiken, deren Futter 4000 TE Vitamin A im kg enthielt. Mit steigendem EiweiBgehalt im Futter von ca. 16% auf ca. 36% nahmen die Vitamin-A-Leberreserven ab. ASCARELLI u. a. [13] fanden bei Kuken keine Unterschiede in der Vitamin-A-Leberspeicherung bei 16,8 und 26,2% Diatprotein. STOEWSAND u. a. [ I ~ I , 1-22, 123j beobachteten eine Ernicdrigung des Vitamin-A- Gehaltes, vor allen Dingen des Esters, in der Leber von Kuken, denen Hochproteindiaten gefuttert wurden. Neben dem erhohten Bedarf scheint auch eine Verschlechterung der Resorp- tion dafur verantwortlich zu sein, wie aus der Ausscheidung von Vitamin A geschlossen werden kann. Auch bei Kalbern sanken nach Untersuchungen von BOHMANN u. a. 1241 bei Extraproteingaben die Vitamin-A- und Carotinwerte in der Leber. Bei Katzen, die ein Futter init 35% Casein erhielten, traten nach SCOTT u. a. [I 191 trotz reichlicher Vitamin-A-Gaben Mangelerscheinungen auf. Demnach ist Casein ein fur Katzen inadaquates Protein und ver- hindert eine normale Vitamin- A-Resorption.

Die an Kindern mit Kwashiorkor gemachten Beobachtungen deuten darauf hin, daB wohl in erster Linie eine gehemmte Mobilisierung der Leberreserven fur den Vitamin-A-Mangel- zustand verantwortlich zu machen ist [IO. 11, 12, 62, 811, da einzig durch Behandlung rnit Proteingaben ein Anstieg des Vitamin-A-Spiegels im Serum moglich war. ARROYAVE u. a. [9] stellten jedoch bei Kwashiorkorkranken auch eine verringerte Resorption von Vitamin A fest. Eventuell ist eine Abnahme von Lipase und Galle hierfiir verantwortlich. EHRLICH 11. a. [43. 441 konnten bei Kindern, deren Proteinzufuhr zwischen 0,6 und 3.0 g Protein pro kg Korper- gewicht schwankte, keine -4bhangigkeit des Vitamin-A- oder Carotinspiegels im SeI um von der zngefiihrten Proteinmenge beobachten.

Die zum Teil recht widerspruchsvollen Befunde lassen keine generellen Aussagen iiber die Beziehungen zwischen Proteinversorgung und Vitamin-A-Resorption bzw. -Speicherung zu. Starker Proteinmangel kann jedoch bei hohen Vitamin-A-Dosen eine verringerte Speicherung

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ziir Folge haben. Sehr wahrscheinlich sind hierfiir die Rrsorptionsvorgange im Intestinaltrakt verantwortlich, wahrend Transport und Speicherung nicht entscheidcnd beeinflufit merdrn. Dies wird dnrch die Versuche von ZACHMANX 1 1 . a. ir34] unterstrichen, die feststellen konn- ten, *dan in vitro kein Protein fur die Aufnahme von Vitamin A in der Leber notwendig ist, wohl aber fur die Freisetzung von gespeichertem Vitamin X aus der Leber. Letzteres durfte den tnehrfach beobachteten Anstieg des Vitamin A in Serum und Niere nach Proteingaben erklaren.

Carotinausnutzung und EiweiPversorgung

Die Umwandlung der Provitamine zum Vitamin A findet bei den meisten Tierarten wahrend der Resorption im Darmtrakt statt [ 3 , 801. Andererseits sind zum Beispiel Pferde und Rinder und w c h der Mensch in der Lage, Carotin als solches zu resorbieren und im Organismus einzu- lageru. Der UmwandlungsprozeB rnit den speziesgebundenen Besonderheiten kommt als zu- satzlicher Faktor zu den bereits beim Vitamin-.4-Stoffwechsel genannten Stufen hinzu.

BERGER u. a . [16] untersuchten die Verwertung einer taglichen oralen Gabe von 27,6pg Carotin an wachsenden Ratten in Abhangigkeit von der Proteinquantitat und -qualitat des Fut txs . Als Iiriterium diente dazu der Vitamin-A-Gehalt in Leber und Niere nach Abzug des wahrend der 2 rtagigen Versuchsperiode verstoffwechselten Vitamin A sowie der bereits vorhandenen Rescrven. Sowohl bei qualitativ als auch bei quantitativ suboptimaler EiweiB- zufuhr waren die gefundenen Vitamin-A-Werte erniedrigt. Die Autoren fiihren dies auf eine verringerte Umwandlung zuriick. Auch MATHEWS u. a. [go] schlieBen aus der herabgesetzten Vitamin-.4-Leberspeicherung an jungen Ratten bei Verfiitterung von 4% Casein im Futter und 24 pg Carotin pro Tag auf eine verschlechterte Resorption oder herabgesetzte Umwand- lung des Carotins. ARNRICH u. a . [8, 66, 711 fanden an jungen Ratten ein Anwachsen des Vitamin .4 in Leber und Niere nach Carotingaben mit wachsender Proteinqualitat und -quantitPt. Aus der umgekehrten Beziehung zwischen faekaler Carotinausscheidung und Prot?inzufuhr schlieBen die genannten Autoren auf eine Beeinflussung der Resorption. JAGANNATHAN u. a . [68] fanden in Ubereinstimmung mit den oben beschriebenen Ergebnissen bei Ratten, die 4 Wochen lang 6% Protein und 30 pg /?-Carotin pro Tag erhalten hatten, gegen- iiber Tieren mit hoherer Proteindiat eine gesteigerte faekale Carotinausscheidung und eine verminderte Vitamin-A-Speicherung in der Leber. Nach Versuchen von KRAMER u. a. spielt neben der Proteinquantitat vor allen Dingen die Proteinqualitat eine Rolle bei der Carotin- ausnutzung von Normalratten [77], nicht jedoch von Vitamin-A-Mangelratten [127]. Im Gegensatz zu den zitierten Autoren fand MURRAY 1971 bei Verwendung eines proteinfreicn Futters nach z IVochen keine veranderte Carotinverwertung. NEWSOME 1981 konnte bei jungen Ratten keine Unterschiede des Vitamin-A-Status bei Verabreichung von 0,6 pg Carotin pro g Korpergewicht und 9, 12 oder 18% Protein im Futter feststellen.

Eine suboptimale Proteinversorgung fiihrte nach FRIEND u. a. [55] bei Schweinen zu einer Herabsetzung der Carotinausnutzung. sichtbar an der verringerten Konzentration an Vit- amin A in Serum und Leber. EATON u. a. [42] fanden hingegen bei Schweinen, die 12 Wochen lang bei 8 oder 1676 Protein im Futter taglich 88 oder 440 pg Carotin pro kg Lebendgewicht erhaiten hatten, keine Unterschiede des Vitamin-A-Serumspiegels. In der Leber war bei den 16:h Proteintieren weniger, in der Niere dagegen mehr Vitamin A als bei den 8%-Protein- tieren vorhanden. Bei Schafen hatte nach ANDERSON u. a. [I] eine Anderung des Proteingehal- tes des Futters von 5.9'36 auf 10,476 keinen wesentlichen EinfluD auf die Ausnutzung intra- ruminal applizierten Carotins. Nach BALEV [14] nahm bei einem 3otagigen Versuch bei Hiihnern und Kiiken mit gleichbleibender Carotin- und steigender Proteinzufuhr der Vitamin- .4-Gehalt der Leber auf Grund des erhohten Verbrauchs ab.

Ails dem Geschilderten geht hervor, daB bei Ratten eine sowohl in quantitativer als auch qualitativer Hinsicht suboptimale Proteinversorgung iiber einen langeren Zeitraum eine herab- gesetzte Carotinausnutzung zur Folge hat. Die mehrfach beobachtete Erhohung der faekalen Ausscheidung deutet auf eine verringerte Resorption des Carotins hin. Eindeutige Beweise fur cine Beeinflussung des Umwandlungsprozesses stehen jedoch noch aus. 15 Die Nahrung, Heft z

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Bindztng von Vitamin A und Carotin an Proteine am Organismus

Die Existenz von Bindungen des Vitamin A und des Carotins an Proteine im tierischen Organismus diirfte wohl auf Grund zahlreicher, zum Teil schon lange bekannter Beobachtun- gen feststehen [57, 93d], wobei jedoch die Meinungen iiber die Natur der dafiir verantwort- lichen EiweiDfraktionen auseinandergehen. Auch im Pflanzenreich sind Proteinkomplexe des Carotins nachgewiesen worden [ 1011.

GANGULY u. a. [58] trennten Plasma verschiedener Spezies in eine schwer- und eine leicht- lijsliche Proteinfraktion und schlossen aus ihren Befunden, daB Carotin, Vitamin-A-Ester und Vitamin-A-Alkohol a n verschiedene Proteine gebunden sind. Aus Fallungs- und Extraktions- versuchen schlol3 DZIALOSZYNSKI 1411 auf die Bindung sowohl des Vitamin A als auch des Carotins an die Albuminfraktion des Humanserums. WOODRUFF 11. a. [I331 fanden ebenso wie ARROY-~VE u. a. [g, 10, 11, 121 lediglich eine Korrelation zwischen Vitamin A und elektro- phoretisch gewonnener Albuminfraktion im Humanserum. Gleichartige Beziehungen beob- achteten auch ERWIN u. a. [46] im Rinderserum und FRIEND u . a. [55, 561 im Schweine- serum. Die Auftrennung der Proteine des Humanserums rnit der Ultrazentrifuge fiihrte HACK [64] durch und fand Vitamin A ebenfalls im Albumin, Carotin jedoch in einer Frak- tion. die vorwiegend aus /3,-Lipoprotein bestand. Im Gegensatz zu den geschilderten Be- funden berichtet MORIMOTO [96], daD bei elektrophoretischer Trennung von menschlichem Serum nur 1/4 des Vitamin A im Albumin, 3/4 hingegen im Globulin, hauptsachlich a,-Globulin, gefunden wurden. Nach SAKIYAMA [II~] sind sowohl Vitamin-A-Alkohol als auch Vitamin- A-Ester an Serumglobuline gebunden, die Esterfraktion konnte jedoch auch im Albumin nachgewiesen werden. MAHLUM [87] trennte Serumprotein durch Chromatographie an DEXE-Cellulose und fand Vitamin A ebenfalls vorwiegend in der a-Globulinfraktion, da- neben geringe Anteile in der Lipoproteinfraktion. KRINSKY u. a. [78] erreichten Protein- fraktionierungen durch Ultrazentrifugation und verschiedene Fallungsmethoden. Sie fanden, dalj Vitamin-A-Ester durch ein Lipoprotein niedriger Dichte S f 10- IOO transportiert wird, wahrend Vitamin-A-Alkohol an ein Protein mit der Dichte groaer ab I,ZI g/ml, wahrschein- lich kein Albumin, gebunden war. 75% der Kohlenwasserstoffcarotinoide waren rnit Lipo- proteinen niederer Dichte Sf 3-9 vergesellschaftet, der Rest mit Lipoproteinen hilherer Dichte. Hydroxylgruppenhaltige Carotinoide waren ebenfalls hauptsachlich in den Lipoproteinen ent- halten, daneben jedoch in anderen Serumfraktionen. BEAUMONT u. a. [IS] fanden dagegen 6 h nach oraler Verabreichung von Vitamin A gr65ere Mengen in den Chylomikronen, g h nach der Applikation war das Vitamin A dann zum groljen Teil in der B-Lipoproteinfraktion lokalisiert. Unter Benutzung von I4C-markiertem Vitamin A fanden GARBERS u. a. [59, 601 im Rattenserum Vitamin-A-Ester vorwiegend in der Lipoproteinfraktion niederer Dichte, Vitamin-A-Alkohol dagegen im a,-Globulin.

Erganzend zii den bereits im Zusammenhang mit dem Vitamin A geschilderten Befunden sol1 noch uber einige Arbeiten berichtet werden, die sich speziell mit dem Carotin beschiftigen. TROITZKIJ [IZ~] miBt auf Grund seiner Versuche in vitro dem aus Carotin und 8-Globulin entstehenden Adsorptionskomplex eine wesentliche Rolle beim Transport zu. In Uberein- stimmung mit HACK [64] und KRINSKY [78] postulieren auch CROOKU. a. [30] auf Grnnd elektro- phoretischer Untersuchnngen und ONCLEY u. a. [103] auf Grund spektralphotometrischer Befunde eine Bindung des Carotins a n 8-Lipoproteine des Serums. Die Verhgtnisse wiihrend der Resorptionsphase untersuchten CORNWELL u. a. [29]. Nach oraler Applikation erfolgte zunachst ein Xnstieg des Carotingehaltes in den Chylomikronen und in der Lipoproteinfrak- tion Sf 10- 100. Spater wurde dann der Hauptanteil in der Fraktion Sf 0- 10 gefunden. AbschlieBend seien noch Arbeiten von GANCULY u. a. [79, 861 genannt, die feststellten, dal.3 Carotin und die z Formen des Vitamin A auch in der Kuken- und Rattenleber rnit spezifischen Lipoproteinen vergesellschaftet sind.

Ungeachtet der sich zum Teil widersprechenden Befunde darf den Froteinkomplexen eine wichtige Funktion bei der Resorption von Vitamin A und Carotin zugesprochen werden. Neben einer moglichen Schntzfunktion [61] sorgen die EiweiBe. wahrscheinlich in Form von Lipoproteinen, fur eine Veranderung der hydrophoben Lipoide in hydrophile Partikel.

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Einflup uon Vatamin A auf den Eiweipstoffwechsel

In Tierversuchen konnte gezeigt werden, daB bei niedriger oder unausgeglichener EiweiB- diat Vitamin -4 einen giinstigen EinfluB auf den Proteinhaushalt ausubt [17, 18, 1g,25,26,g5]. Besonders die in den letzen Jahren durchgefiihrten Untersuchungen von BAATTACHARYA u. a. verdeutlichen die Rolle des Vitamin A im Proteinstoffwechsel. So wurden bei wachsenden Vitamin-A-Mangelratten trotz unveranderter wahrer Stickstoffverdaulichkeit [IS] eine gegen- iiber Kontrolltieren herabgesetzte Stickstoffretention [17. 251 festgestellt, erkennbar an der erpohten Stickstoffausscheidung im Ham. Damit im Einklang steht die beobachtete Ver- minderung der Stickstoffwirksamkeit [17j und Nettoproteinausnutzung [IS]. Durch steigende Cayotingaben konnte die negative Stickstoffbilanz von Vitamin-A-Mangelziegen zur positiven Seite verschoben werden [88]. Die Verfiitterung iiberschiissiger Vitamin-A-Mengen bewirkt einen verstarkten Proteinabbau, wie RODAHL u. a . [IIZ, 1131 durch die erhdhte Sulfataus- scteidung im Harn von Ratten nach SS-Methioningaben nachweisen konnten. Der Einbau yon 3%-Methionin in Proteine des Serums und verschiedener Organe ist bei Vitamin-A-Mangel- ratten nach Versuchen von DUSHEIKO u. a. [28, 39, 401 herabgesetzt. Demgegeniiber fanden KC.YANAGI u. a. [76] nach der Injektion von =S-Methionin in Diinndarm, Magen, Leber und lugen von Vitamin-A-Mangelratten e k e hohere %-Konzentration als bei den Kontrolltieren. ROELS u. a. [63, 1151 untersuchten den Einbau von 14C-Aminosauren in verschiedene Gewebe- prcrteine. Dabei zeigten Ratten nach einer lingeren Vitamin-A-Mangelperiode in vivo eine verschlechterte Einbaurate, i n vitro jedoch eine verbesserte. Bei den in vitro Versuchen war dagegen die Einbaurate nach einer Vitamin-A-Mangel- und tocopherolreichen Diat herab- gesetzt. Hierfiir sind wahrscheinlich Veranderungen der Zellmembranpermeabilitat verant- wortlich zu machen. KOYANACI u. a. fanden, daB der Cystingehalt von Rattenhaut [73] und Kiiiderhaar [75] bei optimaler Vitaminzufuhr hoher ist als bei suboptimaler. PAVEL u. a. [105] berichteten iiber das Auftreten von Hypoproteinamie im Serum von Vitamin-A-Mangel- tieren. Jedoch konnten ROELS u. a. [129] nachweisen, daD unter Pair-Feed-Bedingungen keine Lynterschiede zwischen Vitamin-A-Mangelratten und Kontrolltieren auftreten, wohl aber bei ad libitum Ernahrung auf Grund der unterschiedlichen X'ahrungsaufnahme. Allerdings warder Stickstoffgehalt der Leber signifikant herabgesetzt. Im Serum von Ratten [105, 115. I I 7 , 1291 und Ochsen [45] sank im Vitamin-A-Mangelzustand das Verhaltnis Albumin zii

Globulin, verursacht durch Hypoalbuminamie und Hyperglobulinamie, bei Kaninehen stieg es jedoch an [I 171. Die Untersuchung des Aminosaurespektrums von Vitamin-A-Mangelratten [S9] zeigte eine Erhbhung von Phenylalanin und Tyrosin, sowie eine Erniedrigung von Threo- nin in Leber, Niere und Blut. IZ weitere Aminosauren zeigten dagegen keine Veranderungen. VYCOVSKII [I~o] gelang es, bei Atherosklerose auftretende Verschiebungen des Serumprotein- spiegels durch Vitamin A teilweise zu korrigieren. Die Zufuhr von iiberschiissigem Vitamin X hatte bei Kiiken weder in quantitativer noch in qualitativer Hinsicht EinfluB auf das Serum- protein [65j, jedoch war damit eine Abnahme der Leberproteine verbunden [126].

1Zinen Zusammenhang zwischen Vitamin A und Nucleinsauren, vor allen Dingen DKS, koiinten BRCGCEMANN u. a. [27, 991 nachweisen. Die genannten Autoren beobachteten bei Vitamin-A-Mangelratten eine signifikante Abnahme der DNS in mehreren Organen epithelia- ler Herkunft und konnten zeigen, daD hierfiir sowohl eine verlangsamte Synthese als aoch ein beschleunigter Abbau verantwortlich waren. Gleiche Ergebnisse liefern die Versuche von O R D ~ C u. a. [ I O ~ ] . Im Einklang damit ist der Befund, daD in der Leber von Vitamin-.%- Mangelratten die Aktivitat an freier Ribonuclease hoher als in Kontrolltieren ist [I 161.

AbschlieGend sol1 noch kurz auf den Komplex \'itamin-.\-Enzyme eingegangen werden. Mehrere Enzymsysteme, insbesondere Hydrolasen, zeigen bei Vitamin- A-Mange1 herabgesetzte Aktivitat bzw. bei Vitamin-A-UberschuD eine Aktivitatserhohung. Hierzu gehoren Proteasen [5. 6,34-38, 51-53, 84, 131, 1321, Phosphatasen [7 , 67, 70, 85,g2, 1321, Cholinesterase [49, 50, I I:], fi-Glucuronidase [ I ~ I , 132;. Succinatdehydrogenase [50]. DPNH-Cytochrom CReduk- tase [@I, Hydroxylasen [IOO] und Demethylasen [IOO]. Die Befunde sprechen gegen eine Cofermentfunktion des \'itamin A in den genannten Systemen. Die Beeinflussung basiert vielmehr auf einer Veranderung der Zellmembranpermeabilitat [5. 61, moglicherweise auch der Apoenzymbildung [@I. In jungster Zeit wurde bekannt, daB Vitamin A bzw. ein Vitamin-

15.

220 RODEL

A-Derivat als Cofaktor bei Sulfurierungen [83,107, 124, 1251 und bei der Steroid-Ir-j-Hydroxy- lase fungiert. RAO u. a . untersuchten die enzymatische Sulfurierung von p-Nitrophenol und fanden im Vitamin-A-Mangelzustand eine verminderte Aktivitat [107, 1081. In vitro wurdt. die Sulfataktivierung starker durch Vitamin-A-Alkohol, die uhertragung des aktiven Sulfats hingegen starker durch Vitamin-A-Saure stimuliert. WOLF u. a. [ I Z ~ , 1251 konnten mit Hilfe von I4C-Vitamin A das Mitwirken eines Vitamin-A-Derivates mit Coenzymcharakter bei der enzymatischen Bildung von aktiviertem Sulfat aus ATP untl Sulfat nachweisen.

Bei Betrachtung der gegenwartigen Situation fallt ins Auge, daO wir trotz des gro0en Ver- suchsmaterials relativ wenig iiber die biochemische Wirkungsweise des Vitamin .A wissen. Sicherlich werden sich mit ihrer zunehmenden Kenntnis viele der Befunde besser einordnen lassen und viele fiir uns noch widerspriichliche Angaben verstandlich werden.

A ztswcrtung

.An Hand der jiingeren Literatur wird in einer Ubersicht iiber die wechselseitigen Beziehun- gen zwischen Vitamin A bzw. Carotin und EiweiD berichtet, wobei sich folgende SchluOfolge- rungen ergeben :

Rei qualitativ und quantitativ hoher EiweiDversorgung und dem daraus resultiercwden guten Wachstum erfolgt ein verstarkter Abbau der Vitamin-A-Leberreserven als Zeichen eines groBen Bedarfs. Die Befunde iiber die Zusammenhange zwischen EiweiBversorgung und Vitamin-A-Resorption bzw. -Speicherung sind widerspruchsvoll. Fur die teilweise gefundene verringerte Ausnutzung von Vitamin A bei suboptimaler Proteinversorgung sind wahrscheinlich in erster Link die Resorptionsvorgange im Intestinaltrakt verantwortlich, wahrend Transport zur Leber und Speicherung in der Leber weitgehend unbeeinflunt sind. EiweiD ist jedoch fur die Freisetzung von gespeichertem Vitamin A aus der Leber notwendig.

Suboptimale Proteinversorgung iiber einen langeren Zeitraum hat eine Herabsetzung der Carotinausnutzung zur Folge. Die mehrfach beobachtete Erhohung der faekalen Ausscheidung des Carotins deutet auf eine verringerte Resorption hin.

Lipoproteine spielen eine wichtige Rolle beim Transport von \'itamin A und Carotin wah- rend der Resorptionsphase und bei der Speicherung von Vitamin A und Carotin in der 1,eber.

Vitamin A iibt einen gunstigen EinfluO auf den Proteinhaushalt bei suboptimaler EiweilJ- vcrsorgung aus. I m Vitamin- A-Mangelzustand sind Stickstoffretention, Stickstoffwirksamkeit und Nettoproteinausnutzung herabgesetzt.

Das Verhaltnis Albumin zu Globulin nimmt im Serum bei Vitamin-A-Mangel im allgemeinen ab.

Vitamin-A-Mange1 beeinfluOt den Nucleinsaurestoffwechsel durch Herabsetzung des Aufbaus und Beschleunigung des Abbaus von Nucleinsauren.

Vitamin A wirkt indirekt auf die Aktivitat mehrerer Enzymsysteme durch Veranderungen der Zellmembranen oder der Apoenzymbildung ein. Cofermentcharakter besitzen Vitamin .I bzw. Stoffwechselprodukte des Vitamins A bei enzymatischen Sulfurierungen.

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