mini|300px|alt=|Retinoide (Vitamin A) und ihre Interkonversion Unter Vitamin A werden alle fettlöslichen chemischen Verbindungen (Vitamere) zusammengefasst, die die biologische Aktivität des Retinols entfalten und sich von den Carotinoiden ableiten. Zu Vitamin A zählen neben Retinol selbst (Vitamin A1), seine Ester (wie Retinylacetat, -palmitat, -propionat oder -stearat) sowie Provitamin A-Carotinoide (α-Carotin, β-Carotin und β-Cryptoxanthin). Chemisch handelt es sich um Retinoide, dies schließt auch synthetische Derivate des Retinols ein.
In allen Fällen werden diese Verbindungen in Retinal und Retinsäure metabolisiert und entfalten dann ihre spezifische Vitamin-A-Wirkung. Sie können durch enzymatisch katalysierte Reaktionen ineinander überführt werden, mit der einzigen Ausnahme, dass Retinsäuren nicht mehr recycliert werden können.
Vitamin A ist für alle Wirbeltiere essentiell und für den Sehvorgang, die Fortpflanzung und Embryonalentwicklung, die Zell- und Gewebedifferenzierung und Immunfunktionen von Bedeutung.
Geschichte mini|hochkant|Frederick Hopkins, Entdecker „wachstumsfördernder Vitamine“ Bereits um 1500 v. Chr. verwendeten die Chinesen Leber und Honig zur Heilung von Nachtblindheit. Im 16. Jahrhundert n. Chr. beschrieb Guilleaume diese Heilung.
Ende des 19. und Anfang des 20. Jahrhunderts untersuchte man den Einfluss unterschiedlicher Diäten auf das Wachstum von Säugetieren wie Ratten und Mäusen. So hat Nikolai Iwanowitsch Lunin 1881 beobachtet, dass Mäuse bei einer Diät aus gereinigten Milchbestandteilen (Casein, Fett, Milchzucker, Mineralstoffe und Wasser) nicht überleben können; bei Vollmilchpulver selbst konnten sie dagegen normal wachsen. Er folgerte daraus, dass „in der Milch ausser dem Casein, Fett, Milchzucker und den Salzen noch andere Stoffe vorhanden sein müssen, welche für die Ernährung unentbehrlich sind“. Seine Ergebnisse zogen noch wenig Interesse nach sich, Lunin verfolgte sie auch nicht weiter. 1891 führte der damalige Student Carl A. Socin aus dem Labor Gustav von Bunge Fütterungsstudien bei Mäusen durch und fand heraus, dass in Eigelb eine damals unbekannte fettähnliche und essentielle Substanz enthalten ist. Cornelius Adrianus Pekelharing bestätigte 1905 Lunins Beobachtung: In Milch ist eine Substanz enthalten, die selbst in geringen Mengen für die Ernährung nötig ist. 1909 konnte Paul Knapp bei Ratten zeigen, dass die zusätzliche Gabe von Milch bei einer definierten Diät an Proteinen, Kohlenhydraten, Fetten und Mineralstoffen vor Augenkrankheiten wie Bindehautentzündung und Hornhautulcus schützte und auch die Todesfälle verhinderte. Er erwähnte auch die Arbeiten Lunins und Socins. Wenn umgekehrt die Fette in Milch mittels Ethanol und Ether extrahiert werden (wobei damit auch Vitamin A entfernt wird), können Mäuse nicht mehr überleben, was Wilhelm Stepp 1911 publizierte.
Frederick Gowland Hopkins kam allgemein zu dem Schluss, dass in der Nahrung bestimmte essentielle Faktoren für Wachstum und Überleben enthalten sein müssen. In einer Veröffentlichung von 1912 zeigte er, dass ein Mangel jener Faktoren, die er als akzessorische Ernährungsfaktoren bezeichnete („accessory food factors“), bei jungen Ratten zu erheblichen Wachstumsstörungen führte. Er vermutete einen Zusammenhang zwischen der Unterversorgung mit diesen Stoffen und ähnlichen Gesundheitsproblemen auch beim Menschen, untersuchte dies aber nicht weiter. Jene akzessorische Faktoren wurden später als Vitamine bezeichnet, für die „Entdeckung der wachstumsfördernden Vitamine“ wurde er 1929 gemeinsam mit Christiaan Eijkman mit dem Nobelpreis für Physiologie oder Medizin ausgezeichnet.
mini|hochkant|Elmer McCollum, der als Entdecker des Vitamin A gilt Elmer McCollum begann 1907 an der University of Wisconsin–Madison mit systematischen Fütterungsexperimenten an Kühen mit verschiedenen Getreiden bei ähnlicher Zusammensetzung an Proteinen, Kohlenhydraten, Fetten und Mineralstoffen. Hierbei zeigte sich, dass Kühe unter Weizen erblindeten, bei Mais aber nicht. McCollum wechselte bei den Versuchstieren auf Ratten, da dies erheblich schnellere Experimente erlaubte. Zusammen mit Marguerite Davis (* 1887; † 1967) führte er weitere Fütterungsstudien durch und zeigte 1913, dass typische Vitamin A-Mangelerscheinungen durch Gabe von Butter oder Eigelb, insbesondere Etherextrakte aus Luzernen, Leber oder Nieren, behoben werden konnten. Sie schlussfolgerten, dass ein fettlöslicher Wachstumsfaktor existieren muss; dieser ließ sich z. B. aus Butter extrahieren und in andere Fette übertragen. Jener Faktor war jedoch nicht in anderen Fetten wie Olivenöl oder Schmalz enthalten.
Unabhängig gelangten auch in Yale Lafayette B. Mendel mit Thomas B. Osborne 1913 zu diesem Schluss: bei Ratten konnten Mangelerscheinungen einer speziellen Diät aus isolierten Proteinen, Stärke, Schmalz und „proteinfreier“ Milch durch die Zugabe von Butter vermieden werden. Die Entdeckung von Vitamin A schreibt man aber McCollum zu, da die Ergebnisse von ihm (und Davis) drei Wochen vor denen Mendels und Osborns im selben Journal (Journal of Biological Chemistry) eingereicht wurden. 1916 schlug McCollum die Bezeichnung „fat-soluble A“ vor – so grenzte er den damals anderen Faktor („water-soluble B“) aus den Beriberi-Studien (Thiamin) ab. Später wurde der Name dann kurz zu „Faktor A“, 1920 nach Vorschlag vom Biochemiker Jack Drummond schließlich zu „Vitamin A“ unter Anlehnung des von Casimir Funk geprägten Begriffes („Vital-Amine“).
1931 gelang Paul Karrer die Strukturaufklärung von Vitamin A sowie Provitamin A, sechs Jahre später kristallisierten Harry N. Holmes und Ruth E. Corbet am Oberlin College Vitamin A. Die Darstellung Tretinoins (Vitamin-A-Säure) und Retinals (Vitamin-A-Aldehyd) gelang 1946 David Adriaan van Dorp und Jozef Ferdinand Arens, während Otto Isler 1947 ein Verfahren für die großtechnische Synthese von Vitamin A vorstellte.
Vorkommen + Vitamin-A-Gehalte in Lebensmitteln tierischen Ursprungs µg RE /100 g pflanzlichen Ursprungs µg RE /100 gSchweineleber36000Karotte1500Leberwurst8300Grünkohl860Eigelb886Spinat795Butter653Zitrone567Sahne, 30 % Fett339Kopfsalat187Makrele100Mais185Lachs41Brokkoli146Joghurt, 3,5 % Fett32Spargel87Hühnerfleisch32Gurke62Kuhmilch, 3,5 % Fett31Banane9Rindfleisch20Weintrauben6Schweinefleisch6Apfel6Kuhmilch, 0,3 % Fett3Weizen (Vollkorn)3 In tierischen Nahrungsmitteln steht Vitamin A hauptsächlich als Retinylpalmitat zur Verfügung, in pflanzlichen als Carotine. Die Umrechnungen der biologischen Aktivität der zahlreichen verschiedenen Vitamere kann durch zwei Kenngrößen erleichtert werden: Zum einen wird das sogenannte Retinoläquivalent (RE bzw. RÄ) angegeben. Hierbei entsprechen 1 RE 1 µg all-trans-Retinol, 6 µg β-Carotin oder 12 µg andere als Provitamin A fungierende Carotinoide. Vereinzelt wird hierbei noch vom Gebrauch der Internationalen Einheiten (IE) für isolierte Substanzen mit Vitamin-A-Charakter gemacht, wobei 1 IE Vitamin A 0,3 µg all-trans-Retinol bzw. 0,6 µg β-Carotin entsprechen. Die Angabe in IE berücksichtigt nicht die geringe Absorption von Carotinoiden aus vielen Nahrungsmitteln. Zum anderen nutzt man das sogenannte Retinolaktivitätsäquivalent (RAE bzw. RAÄ), was die unterschiedlichen Grade an Bioverfügbarkeit und Biokonversion in Rechnung trägt. Nach neueren Untersuchungen ist die Bioverfügbarkeit nur in öligen Suspensionen unter optimalen Bedingungen hoch. Gerade Provitamin-A-Carotinoide können mit anderen Nahrungsinhaltsstoffen interagieren, was deren Umwandlung in Retinol beeinflusst. 1 RAE entsprechen 1 µg all-trans-Retinol, 2 µg β-Carotin (in Öl), 12 µg β-Carotin in Lebensmittel oder 24 µg andere als Provitamin A fungierende Carotinoide. Der Körper kann überschüssiges Vitamin A kaum abbauen, weshalb es sich leicht im Körper anreichert, insbesondere in der Leber. Daher enthält die Leber von Tieren so viel Vitamin A, dass häufiger Verzehr von Leber wiederum zu einer Anreicherung im Körper des Konsumenten führt. Dies kann zu Hypervitaminose führen. Schweineleber enthält beispielsweise bis zu 42 mg Vitamin A (140.000 IE) pro 100 g. Die Leber des Eisbären (Ursus maritimus) ist aufgrund ihres sehr hohen Vitamin-A-Gehaltes (z. B. von 805 mg pro 100 g; der genannte Wert beruht auf einer Messung an einem in Gefangenschaft gehaltenen Exemplar und ist möglicherweise nicht repräsentativ für wildlebende Tiere) toxisch und wird deshalb von den Eskimos nicht gegessen. Dies trifft in geringerem Maße auch für andere Tiere der Arktis zu, insbesondere verschiedene Robben.Dietrich Mebs: Gifttiere – Ein Handbuch für Biologen, Toxikologen, Ärzte und Apotheker. Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft, Stuttgart 1992, ISBN 3-8047-1219-3, S. 128.
Synthetische Herstellung Vitamin A wird auch in erheblichem Umfang als Retinolacetat synthetisch hergestellt,BASF erweitert Vitamin-A-Anlage in Ludwigshafen Chemie.de, 18. September 2018; abgerufen am 5. Februar 2020 das Verfahren geht von Citral aus, das zum β-Jonon umgesetzt wird, aus dem durch Addition von Ethin ein Baustein mit 15 C-Atomen hergestellt und zu einem Phosphor-Ylid (Wittigsalz) umgesetzt wird. Dieses reagiert in einer Wittig-Reaktion mit β-Formylcrotylacetat zum Retinolacetat.
Physiologie Etwa die Hälfte des aus der Nahrung stammenden Vitamin A wird aufgenommen. Es liegt bei Nahrungsmittel tierischen Ursprungs in Form von Retinol und Retinylester („präformiertes Vitamin A“), bei denen aus Pflanzen in Form von Provitamin-A-Carotenoiden vor. Während präformiertes Vitamin A mit 70–90 % effizient absorbiert wird, gibt es bei β-Carotin dagegen erhebliche Schwankungen von 5–65 %. Dies liegt u. a. an Nahrungs- und Ernährungsfaktoren oder am allgemeinen Gesundheitsstatus.
Bei Vitamin A handelt es sich um lipophile Verbindungen. Daher begünstigen Fette und Gallensäuren die Resorption im Darmlumen, dieses wird mizellar fast vollständig aufgenommen. Bei Retinol geschieht dies mittels passiver oder mittels Carrier-vermittelter Diffusion direkt in die Zellen der Darmschleimhaut.
Retinylester dagegen müssen erst zu Retinol hydrolysiert werden. Dies erfolgt mithilfe nichtspezifischer Pankreaslipasen (z. B. einer Pankreaslipase und einer Cholesterolester-Lipase), oder an den Zelloberflächen der Dünndarmschleimhaut mittels einer intestinaler Retinylester-Hydrolase:
200px|alt=|Retinylpalmitat + H2O 180px|Retinol + 270px|Palmitat + H+
Bei Vorliegen physiologischer Mengen wird das Retinol im Cytoplasma der Enterozyten an Retinol-bindende Proteine (CRBP), insbesondere CRBP II gebunden. CRBP II liegt dort in hohen Konzentrationen vor. Danach folgt eine Veresterung des gebundenen Retinols durch eine membrangebundene Lecithin-Retinol-Acyltransferase (LRAT), es werden bevorzugt langkettigen Fettsäuren wie Palmitinsäure umgesetzt, wodurch Retinylpalmitat gebildet wird. Sollten sehr hohe Dosen an Vitamin A aufgenommen werden, kann diese Rückverestertung auch direkt erfolgen. Teilweise erfolgt die Veresterung auch durch eine Diacylglycerol-O-Acyltransferase 1 (DGAT1):
180px|alt=|Retinol + 400px|alt=|Dipalmitoyllecithin 216px|alt=|Retinylpalmitat + 260px|alt=|2-Palmitoyllecithin