Phosphor

In der Natur kommt Phosphor ausschließlich in gebundener Form, meist in Form der Phosphate vor. Phosphorverbindungen sind bei allen Lebewesen beim Aufbau und der Funktion ihrer Organe in zentralen Bereichen beteiligt. Mit der Nahrung wird sowohl organisches als auch anorganisches Phosphat aufgenommen. Organische Phosphatverbindungen werden durch Phosphatasen im Darm hydrolysiert, da nur anorganisches Phosphat resorbiert wird. Die Aufnahme erfolgt im Dünndarm, vor allem im Jejunum und Ileum, zu einem geringen Anteil auch im Duodenum.

Chemie und Stoffwechsel

Phosphor ist ein chemisches Element mit dem Symbol P, der Ordnungszahl 15 und einer relativen Atommasse von 30,97. Anorganisches Phosphat (PO43−), das Anion der Orthophosphorsäure besitzt eine molare Masse von 95,97. In der Natur kommt Phosphor ausschließlich in gebundener Form, meist in Form der Phosphate vor. Phosphor wurde, so weit bekannt ist, in unserem Kulturkreis durch Henning Brand (vermutlich 1630-1710) aus Hamburg im Jahre 1669 entdeckt.

Phosphorverbindungen sind bei allen Lebewesen beim Aufbau und der Funktion ihrer Organe in zentralen Bereichen beteiligt. Von den weltweit jährlich geförderten etwa 100 Millionen Tonnen an Rohphosphaten werden schätzungsweise 90% zur Herstellung von Düngemitteln verwendet. Phosphor kann in Düngemitteln durch keinen anderen Stoff ersetzt werden. Die Phosphatverfügbarkeit wirkt für Pflanzen vielfach als limitierender Wachstumsfaktor, weswegen in der Landwirtschaft große Mengen phosphathaltigen Düngers ausgebracht werden müssen. Um den im Boden vorkommenden Phosphor für den Stoffwechsel nutzen zu können, müssen Pflanzen organisch oder anorganisch gebundenen Phosphor mit Hilfe von Enzymen (Phosphatasen) freisetzen, um ihn dann als H2PO4- aufnehmen zu können.

Im tierischen Organismus liegt Phosphor als anorganisches Phosphat (wasserlösliches Salz verschiedener Phosphorsäuren), organisches Phosphat (Ester der Phosphorsäure) und wasserunlösliches Hydroxyl-Apatit vor. Intrazelluläres Phosphat liegt vorwiegend in Form organischer Phosphorsäureester vor, während anorganisches Phosphat vor allem extrazellulär lokalisiert ist.

Organisches Phosphat, ein Sammelbegriff für alle organischen Verbindungen, die Phosphor enthalten, ist im Körper in vielen Verbindungen enthalten, wie beispielsweise in Form von

  • Phospholipiden
  • Phosphoproteinen
  • Nukleinsäuren
  • Enzymen und Co-Faktoren
  • zyklischem 3‘,5‘-Adenosin-Monophosphat (cAMP)
  • Adenosinmonophosphat (AMP)
  • Adenosindiphosphat (ADP)
  • Adenosintriphosphat (ATP)
  • Guanosinmonophosphat (GMP)
  • Guanosindiphosphat (GDP)
  • Guanosintriphosphat (GTP)
  • Kreatinphosphat 20 <1
  • Glucose-1-Phosphat <1 <1
  • Glucose-6-Phosphat 5 6
  • Fruktose-1,6-diphosphat
  • Inosinmonophosphat <1 9

Anorganische Phosphate als Anionen verschiedener Phosphorsäuren sind an vielen lebenswichtigen Körperfunktionen beteiligt. Hierbei handelt es sich um die Verbindungen

  • Monohydrogenphosphat (HPO42-)
  • Dihydrogenphosphat (H2PO4-)
  • Orthophosphat (PO43−)
  • Hydroxyl-Apatit (Ca5(PO4)3OH)

Mit der Nahrung wird sowohl organisches als auch anorganisches Phosphat aufgenommen. Organische Phosphatverbindungen werden durch Phosphatasen im Darm hydrolysiert, da nur anorganisches Phosphat resorbiert wird. Die Aufnahme erfolgt im Dünndarm, vor allem im Jejunum und Ileum, zu einem geringen Anteil auch im Duodenum. Die Phosphatabsorption steigt mit der zugeführten Phosphatmenge linear an. 60 bis 65% davon werden resorbiert. Die Aufnahme läuft über zwei Wege: ein zell-vermittelter aktiver Transport und passive Diffusion. Zum größten Teil erfolgt die Phosphatabsorption über passive Diffusion.

Insgesamt enthält der Erwachsene 700 g Phosphor, davon 80% im Knochen und 14% vorwiegend in der Muskulatur. Intrazellulär ist Phosphat das wichtigste Anion. Die intrazelluläre Konzentration des anorganischen Phosphats liegt bei 100 mval/ l, die extrazelluläre Konzentration bei 2-3 mval/ l. Nur etwa 1,2 g (0,2-5 %) des gesamten Phosphorbestandes im Organismus sind leicht austauschbar und damit dialysierbar.

Phosphor wird zu 60-80% über die Nieren und zu 20-40% über den Stuhl ausgeschieden. Der Phosphatstoffwechsel wird über verschiedene Hormone reguliert. Die wichtigsten sind Parathormon (PTH), 1,25-Dihydroxylcholecalciferol und Calcitonin.

Funktionen und Aufgaben

Anorganische Phosphate sind als Co-Faktoren vieler enzymatischer Reaktionen und an der oxidativen Phosphorylierung, der Produktion von 2,3-Diphosphoglyzerol in den Erythrozyten und der Glykogenolyse in Leber und Nieren beteiligt. Als Dihydrogenphosphat/ Monohydrogenphosphat wirkt Phosphat als wichtiges Puffersystem im Säure-Basen-Haushalt. Als Hydroxyl-Apatit (Ca5(PO4)3OH) ist Phosphat  einer der Hauptbestandteile der Gerüstsubstanz des Knochens und der Zähne.

Zusammen mit Kalzium ist anorganisches Phosphat der Hauptbestandteil des anorganischen Knochengewebes (Kalziumphosphat im Hydroxylapatit) und somit am Aufbau des Stützapparates beteiligt. Phosphat spielt eine zentrale Rolle für die Bereitstellung von Energie in Form von ATP, Kreatinphosphat und ähnlichen Molekülen und damit für die Aufrechterhaltung der Funktionsfähigkeit des Organismus.

Organische Phosphorverbindungen sind zudem Bestandteil von Nukleoproteinen, Nukleinsäuren und Phospholipiden der Zellmembranen. Es ist Bestandteil des Hämoglobins (Sauerstofftransport in die Zellen beziehungsweise Organe des menschlichen Körpers) und an zahlreichen Phosphorylierungsreaktionen beteiligt (Aktivierung zahlreicher Zellsignal-vermittelnder Moleküle, Hormone und Enzyme).

Interaktionen

Einige Medikamente hemmen die Phosphatresorption. Dazu zählen unter anderem Beruhigungs-  und Schlafmittel, Blutdrucksenker, Glukokortikoide oder Abführmittel. Auch andere Nährstoffe – insbesondere Mineralstoffe – können den Phosphatstoffwechsel beeinträchtigen.

Mangelerscheinungen und Toxizität

Da alle Lebensmittel Phosphor enthalten, ist ein nutritiver Phosphormangel, infolge der reichlichen Zufuhr von Phosphat mit der Nahrung, nicht bekannt. Eine erniedrigte Serumphosphatkonzentration führt zur Beeinträchtigung der Erythrozyten- und Leukozytenfunktion, zu Störungen im Säure-Basen-Haushalt, Knochenerweichung (Osteomalazie), Nervenleiden (Neuropathie) und Störungen des zentralen Nervensystems. Bei gesunden Menschen mit einem ausgeglichenen Verhältnis von Kalzium und Phosphat scheint eine hohe Phosphorzufuhr keine unerwünschten Nebenwirkungen zu verursachen.

Da alle Lebensmittel Phosphor enthalten, ist ein nutritiver Phosphormangel, infolge der reichlichen Zufuhr von Phosphat mit der Nahrung, nicht bekannt. Hypophosphatämien können sich daher bei chronischem Alkoholismus, Malabsorption, Mangelernährung, bei Tumorerkrankungen und bei ausschließlich parenteraler Ernährung entwickeln.

Eine erniedrigte Serumphosphatkonzentration führt zur Beeinträchtigung der Erythrozyten- und Leukozytenfunktion, zu Störungen im Säure-Basen-Haushalt, Knochenerweichung (Osteomalazie), Nervenleiden (Neuropathie) und Störungen des zentralen Nervensystems. Das Refeeding-Syndrom kann ebenfalls eine Ursache für eine Hypophosphatämie sein. Es handelt sich hierbei um eine Stoffwechselstörung, die im Anschluss einer Mangelernährung auftreten kann, wenn die Patienten wieder optimal ernährt werden.

Ist die Energieaufnahme nicht ausreichend, wird der Energiebedarf überwiegend aus Fettsäuren gedeckt. Es kommt zusätzlich zum Abbau von Muskeleiweiß. Wird dieser katabole Zustand durch eine orale oder aber auch parenterale Nahrungszufuhr, insbesondere durch die Aufnahme von Glukose, beendet, kommt es zu einem Einstrom von Glukose, Phosphat und Elektrolyten in die Körperzellen. Dies führt zu einem Abfall der Phosphatkonzentration im Extrazellularraum.

Bei Kindern wirkt sich ein Phosphormangel durch verzögertes Wachstum, schlechte Knochen- und Zahnbildung und Rachitis aus. Die Symptome ähneln einem Kalzium- und Vitamin D-Mangel.

Bei gesunden Menschen mit einem ausgeglichenen Verhältnis von Kalzium und Phosphat scheint eine hohe Phosphorzufuhr keine unerwünschten Nebenwirkungen zu verursachen. Als Ursache einer Hyperphosphatämie gilt eine ungenügende Phosphatausscheidung über die Nieren, beispielsweise bei einer Niereninsuffizienz. Als Folge treten erhöhte Plasma-Phosphat-Konzentrationen und ein verminderter Plasma-Kalzium-Spiegel sowie ein sekundärer Hyperparathyreoidismus auf.

Die Symptome sind Gewebsverkalkungen an Herz, Nieren und den Augenlinsen. Es wird allerdings eine Beziehung zwischen einer erhöhten Phosphoraufnahme und dem hyperkinetischen Syndrom diskutiert. Das hyperkinetische Syndrom ist eine Verhaltensstörung bei Kindern, die mit motorischer Unruhe, Konzentrationsschwierigkeiten, Leistungs- und Kontaktstörungen und Stimmungsschwankungen einhergeht.

Vorkommen und Zufuhrempfehlungen

Phosphor ist in Lebensmitteln weit verbreitet. Mit Fleisch und Fleischwaren werden bis zu 24%, mit Brot etwa 14% und mit Käse 9% der gesamten Phosphoraufnahme zugeführt. Schmelzkäse ist phosphatreich, da bei der Herstellung Phosphate als Schmelzsalze zugeführt werden. Allerdings wird der in den äußeren Randschichten als Phytat gebundene Phosphor schlecht resorbiert. Die durchschnittliche Versorgung der deutschen Bevölkerung liegt über den Zufuhrempfehlungen.

Phosphor ist in Lebensmitteln weit verbreitet. Mit Fleisch und Fleischwaren werden bis zu 24%, mit Brot etwa 14% und mit Käse 9% der gesamten Phosphoraufnahme zugeführt. Schmelzkäse ist phosphatreich, da bei der Herstellung Phosphate als Schmelzsalze zugeführt werden. Getreidemehl enthält beispielsweise je nach Ausmahlungsgrad 100 bis 400 mg pro 100 g. Allerdings wird der in den äußeren Randschichten als Phytat gebundene Phosphor schlecht resorbiert.

Die durchschnittliche Versorgung der deutschen Bevölkerung liegt über den Zufuhrempfehlungen. Lediglich Jungen und Mädchen im Alter zwischen 10 und 13 Jahren nehmen im Durchschnitt weniger Phosphor auf als empfohlen.

Downloads

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  Miniposter Phosphor
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  Lebensmitteltabelle Phosphat
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  Lebensmitteltabelle Versteckte Phosphate
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