Vitamin D: der Weg im Körper · Biomarker & Blutanalyse

Diese Seite zeigt den biochemischen Weg hinter dem Laborwert Vitamin D, Vitamin D3 (25-OH-Cholecalciferol): welche Stationen aufeinander folgen, welche Enzyme den Schritt machen und welche Cofaktoren sie dafür brauchen. Jede Aussage hat eine Quelle. Die Seite beschreibt allgemeines Lehrbuchwissen und sagt nichts über einen einzelnen Menschen.

Kurz erklärt

Vitamin D ist eine fettlösliche Vorstufe eines Hormons, die in der Haut unter UVB-Licht entsteht oder aus der Nahrung stammt. Leber und Niere bauen es zu Calcitriol um, das im Zellkern das Ablesen bestimmter Gene steuert. Calcitriol hebt den Calciumspiegel im Blut.

9 Stationen · 6 Quellen

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Der Weg Schritt für Schritt

An jeder Station steht, was der Stoff dort tut. Drei Zeichen: ↑ liefert — baut auf oder stellt bereit · ↓ zehrt — hemmt, verbraucht oder entzieht · ↕ beides, je nach Menge. Dahinter steht, worauf die Aussage beruht: gesicherte Physiologie, in Studien beobachtet oder umstritten. Die Zeichen bewerten nicht; sie benennen die Richtung.

7-Dehydrocholesterin → Prävitamin D3 · UVB-Licht UVB-Licht bricht einen Ring des Moleküls auf. Dabei entsteht Prävitamin D3 – ein rein lichtgetriebener Schritt, an dem kein Enzym beteiligt ist. Bei langer Sonne wird überschüssiges Prävitamin D3 in unwirksame Formen umgewandelt. Quelle 3↑ liefert Prävitamin D3 ist eine instabile Zwischenform: Wärme lagert es zu Vitamin D3 um, weiteres UVB-Licht wandelt es in unwirksame Nebenformen wie Lumisterol und Tachysterol um. gesicherte Physiologie Quelle 3
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Bleibt die Haut lange im Sonnenlicht, wandelt UVB weiteres Prävitamin D3 in Lumisterol und Tachysterol um. Deshalb entsteht durch Sonne allein keine beliebig große Menge Vitamin D3.

zu wenig — Kommt wenig UVB-Licht an der Haut an, entsteht wenig Prävitamin D3; im Winter steht die Sonne in nördlichen Breiten so tief, dass kaum UVB-Licht den Boden erreicht.

gesicherte Physiologie · Quelle 3, 1
Prävitamin D3 → Vitamin D3 · Körperwärme Durch die Wärme der Haut lagert sich Prävitamin D3 zu Vitamin D3 um. Vitamin D aus der Nahrung gelangt über den Darm an dieselbe Stelle des Weges. Ein Teil kann im Fettgewebe gelagert werden. Quelle 3, 1↑ liefert Vitamin D3 selbst wirkt kaum; es ist das Ausgangsmaterial für alle weiteren Formen. Das Vitamin-D-Bindeprotein bringt es aus der Haut ins Blut, ein Teil wird im Fettgewebe abgelegt. gesicherte Physiologie Quelle 1
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Kommt viel Vitamin D3 an, wird ein Teil im Fettgewebe abgelegt und von dort langsam wieder abgegeben; der Rest gelangt zur Leber und wird zu Calcidiol umgebaut.

zu wenig — Kommt wenig Vitamin D3 aus Haut und Nahrung an, steht der Leber weniger Ausgangsstoff zur Verfügung, und es entsteht weniger Calcidiol.

gesicherte Physiologie · Quelle 1
Vitamin D3 → 25-OH-Vitamin D3 CYP2R1 (Leber) · NADPH In der Leber hängt vor allem das Enzym CYP2R1 eine OH-Gruppe an. So entsteht Calcidiol, die Form, die im Blut an das Vitamin-D-Bindeprotein gebunden zirkuliert. Calcidiol ist der Vorrat, aus dem Calcitriol gebildet wird. Quelle 1, 4↑ liefert Calcidiol ist der Vorrat im Blut: An das Bindeprotein gebunden kreist es mehrere Wochen und steht Niere und anderen Geweben für die Bildung von Calcitriol bereit. Selbst bindet es den Rezeptor nur schwach. gesicherte Physiologie Quelle 1, 4
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Staut sich sehr viel Calcidiol an, besetzt es trotz schwacher Bindung selbst den Rezeptor; der Darm nimmt dann mehr Calcium auf, und das Calcium im Blut steigt. CYP24A1 baut zugleich vermehrt ab.

zu wenig — Ist wenig Calcidiol da, hat die Niere weniger Ausgangsstoff. Die Bildung von Calcitriol hält sich zunächst, weil Parathormon steigt und CYP27B1 stärker antreibt.

gesicherte Physiologie · Quelle 1, 2
Calcitriol → VDR im Zellkern · VDR und RXR Calcitriol bindet an den Vitamin-D-Rezeptor. Zusammen mit dem Partner RXR setzt sich dieser an bestimmte Abschnitte der DNA. Je mehr Rezeptoren besetzt sind, desto stärker antworten die Gene. Quelle 2↑ liefert Erst das Paar aus VDR und RXR macht aus dem Hormon ein Signal an die Gene. Wie stark eine Zelle antwortet, hängt davon ab, wie viel Rezeptor sie trägt und wie viel Calcitriol ankommt. gesicherte Physiologie Quelle 2, 6
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Ist mehr Calcitriol da, sind mehr Rezeptoren besetzt, und die Zielgene werden stärker abgelesen; darunter das Gen für CYP24A1, das Calcitriol wieder abbaut.

zu wenig — Sind wenig Rezeptoren besetzt, werden die Zielgene schwächer abgelesen; Calcium gelangt dann vor allem auf dem langsameren Weg zwischen den Darmzellen hindurch ins Blut.

gesicherte Physiologie · Quelle 2
VDR im Zellkern → Zielgene Das Rezeptorpaar schaltet das Ablesen bestimmter Gene an oder ab. Dazu gehören Gene für Calciumtransport, Knochenumbau und Abwehrzellen. So bremst Calcitriol auch die Bildung von PTH und regt seinen eigenen Abbau an. Quelle 2↕ beides, je nach Menge Das Rezeptorpaar wirkt in beide Richtungen: Gene für TRPV6, Calbindin und CYP24A1 werden stärker abgelesen, das Gen für Parathormon und das für CYP27B1 schwächer. So regelt Calcitriol seine eigene Menge. gesicherte Physiologie Quelle 2, 1
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Werden die Zielgene stark angeschaltet, steigt der Calciumtransport, und zugleich entsteht mehr CYP24A1, das Calcitriol abbaut; die Bildung von Parathormon wird gedrosselt.

zu wenig — Werden die Zielgene schwach angeschaltet, fällt die Bremse auf das Parathormon-Gen weg; die Nebenschilddrüse bildet mehr Parathormon, und weniger Calcium-Transporter entstehen.

gesicherte Physiologie · Quelle 2, 1
Zielgene → Calcium-Transport TRPV6, Calbindin Zwei dieser Genprodukte sind der Kanal TRPV6 und das Transportprotein Calbindin. Sie schleusen Calcium aus dem Darm in die Zelle und weiter ins Blut. Ist wenig Calcitriol da, nimmt der Darm weniger Calcium auf. Quelle 2↑ liefert TRPV6 lässt Calcium in die Darmzelle, Calbindin trägt es durch die Zelle, und an der Gegenseite pumpt eine Calciumpumpe es ins Blut. Diesen Weg fährt Calcitriol hoch, wenn Calcium knapp ist. gesicherte Physiologie Quelle 2
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Wird viel Calcium über diesen Weg aufgenommen, steigt der Calciumspiegel im Blut; Parathormon geht zurück und mit ihm die Bildung von Calcitriol.

zu wenig — Wird wenig Calcium über diesen Weg aufgenommen, hält der Körper den Spiegel im Blut, indem Parathormon Calcium aus dem Knochen löst und die Niere mehr Calcium zurückhält.

gesicherte Physiologie · Quelle 2, 1
Calcitriol → Calcitroinsäure CYP24A1 · NADPH Das Enzym CYP24A1 baut Calcitriol und Calcidiol schrittweise ab. Am Ende steht Calcitroinsäure, die über die Galle ausgeschieden wird. So begrenzt CYP24A1 die Menge an aktivem Vitamin D. Quelle 1, 4↓ zehrt CYP24A1 ist die Bremse des Systems: Es macht Calcitriol und Calcidiol unwirksam und wird von Calcitriol selbst und von FGF23 angeschaltet. Calcitroinsäure bindet den Rezeptor nicht mehr. gesicherte Physiologie Quelle 1, 4
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Arbeitet CYP24A1 stark, etwa angetrieben durch FGF23, wird Calcitriol rasch abgebaut, und auch der Calcidiol-Vorrat leert sich schneller.

zu wenig — Arbeitet CYP24A1 wenig, wird Calcitriol langsamer abgebaut; es wirkt länger, und das Calcium im Blut kann steigen.

gesicherte Physiologie · Quelle 1, 4

Weitere Stationen

7-Dehydrocholesterin — Vorstufe in der Haut In den unteren Schichten der Haut liegt 7-Dehydrocholesterin, ein naher Verwandter des Cholesterins. Es ist der Ausgangsstoff für Vitamin D3. Wie viel davon in der Haut liegt, bestimmt mit, wie viel Vitamin D3 entstehen kann. Quelle 3↑ liefert 7-Dehydrocholesterin ist der Rohstoff des ganzen Weges: Aus ihm bildet UVB-Licht in der Haut Prävitamin D3. Wie viel davon in der Haut liegt, bestimmt mit, wie viel bei gleichem Licht entstehen kann. gesicherte Physiologie Quelle 3
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Liegt viel 7-Dehydrocholesterin in der Haut, bildet dieselbe Menge UVB-Licht mehr Prävitamin D3; nach oben begrenzt wird das im nächsten Schritt, nicht hier.

zu wenig — Liegt wenig 7-Dehydrocholesterin in der Haut, entsteht bei gleichem Licht weniger Prävitamin D3, und der Weg hängt stärker an Vitamin D aus der Nahrung.

gesicherte Physiologie · Quelle 3
Calcitriol — aktive Form In der Niere hängt CYP27B1 eine zweite OH-Gruppe an; es entsteht Calcitriol. Das Nebenschilddrüsenhormon PTH regt dieses Enzym an, der Botenstoff FGF23 bremst es. Calcitriol hebt Calcium und Phosphat im Blut. Quelle 1, 2↑ liefert Calcitriol hebt Calcium und Phosphat im Blut: mehr Aufnahme im Darm, weniger Verlust über die Niere, Freisetzung aus dem Knochen. Zugleich bremst es seine eigene Bildung und regt CYP24A1 zum Abbau an. gesicherte Physiologie Quelle 1, 2
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Staut sich Calcitriol, nimmt der Darm mehr Calcium und Phosphat auf, und der Knochen gibt mehr ab; der Calciumspiegel im Blut steigt. Parathormon sinkt, CYP24A1 wird verstärkt gebildet.

zu wenig — Ist wenig Calcitriol da, nimmt der Darm weniger Calcium auf; das Calcium im Blut sinkt, Parathormon steigt und holt Calcium aus dem Knochen, und der Knochen wird weniger mineralisiert.

gesicherte Physiologie · Quelle 1, 2

Cofaktoren dieses Weges

Magnesium — Beschrieben als Cofaktor der Enzyme, die Vitamin D in Leber und Niere umbauen, und des Bindeproteins im Blut Quelle 5Im ORY-Katalog als Laborwert: Magnesium
NADPH — Elektronenspender für CYP2R1, CYP27B1 und CYP24A1; ohne es stockt jeder Umbauschritt Quelle 1
Eisen — Häm-Eisen im Zentrum der Cytochrom-P450-Enzyme, die Vitamin D umbauen; es aktiviert Sauerstoff für die OH-Gruppe Quelle 1, 2Im ORY-Katalog als Laborwert: Eisen
Zink — Bildet die Zinkfinger, mit denen der Vitamin-D-Rezeptor an die DNA bindet; ohne sie dockt der Rezeptor nicht an Quelle 6Im ORY-Katalog als Laborwert: Zink
Vitamin A (Retinsäure) — Bindet an RXR, den Partner des Vitamin-D-Rezeptors; erst das Paar bindet an die DNA Quelle 6
Calcium — Wird über die Genprodukte TRPV6 und Calbindin durch die Darmwand befördert; Calcitriol fährt diesen Weg hoch Quelle 2Im ORY-Katalog als Laborwert: Calcium (intrazellulär)

Quellen

Bikle DD. Vitamin D metabolism, mechanism of action, and clinical applications. Chem Biol 2014 · PubMed 24529992
Christakos S, Dhawan P, Verstuyf A et al. Vitamin D: Metabolism, Molecular Mechanism of Action, and Pleiotropic Effects. Physiol Rev 2016 · PubMed 26681795
Holick MF, MacLaughlin JA, Clark MB et al. Photosynthesis of previtamin D3 in human skin and the physiologic consequences. Science 1980 · PubMed 6251551
Saponaro F, Saba A, Zucchi R. An Update on Vitamin D Metabolism. Int J Mol Sci 2020 · PubMed 32911795
Uwitonze AM, Razzaque MS. Role of Magnesium in Vitamin D Activation and Function. J Am Osteopath Assoc 2018 · PubMed 29480918
Haussler MR, Haussler CA, Jurutka PW et al. The vitamin D hormone and its nuclear receptor: molecular actions and disease states. J Endocrinol 1997 · PubMed 9379138