D-vitamiini

D-vitamiini on termi ryhmälle 9,10-sekosteroideja, jotka ovat riisitautia ehkäiseviä hormoneita ihmisillä ja muilla eläimillä. Luonnon D-vitamiineja on vain muutamia ja keinotekoisia yli 2000.
Kalsitrioli on tärkein D-vitamiinitoimintoinen aine eläimissä. Ihmisten ja muiden eläinten iho tuottaa 7-dehydrokolesterolia, joka muuntuu kolekalsiferoliksi eli D₃-vitamiiniksi auringonvalossa tai lamppujen UVB-säteilyssä, jonka aallonpituus on noin 300 nanometriä. D₃ muuntuu maksassa kalsidioliksi, joka muuntuu munuaisissa kalsitrioliksi. D-vitamiinia on ruuissakin: yleisimmät muodot ovat D₃ ja ergokalsiferoli eli D₂-vitamiini. D₃:a saadaan lähinnä eläinperäisistä ruuista ja D₂:ta sienistä. Ihmisissä D₂ on noin 70–75% D₃:a pienitehoisempi D-vitamiini. Hyviä D₃:n lähteitä ovat rasvaiset kalat, maksat, kananmunat ja vitamiinilla täydennetyt ruuat kuten jotkin maitotuotteet ja rasvalevitteet. Kasvisruuissa D-vitamiineja ei pääsääntöisesti ole.
D-vitamiinin ihotuoton takia se on muun muassa ihmisillä vain tapauskohtaisesti vitamiini, eli elintärkeä aine, jota kehon pitää saada säännöllisesti pieni määrä. Tilanne on tämä jos on liikaa sisätiloissa tai elää kyllin lähellä maapallon pohjois- tai etelänapaa tai savusumuisella alueella. Tällöin auringonvalon saanti voi olla liian vähäistä. Tumma ihonväri, ihoa peittävien vaatteiden ja aurinkorasvan jatkuva käyttö myös altistavat puutokselle estäen UVB-säteilyn pääsyä ihoon. Lisäksi kalsitriolin tuotto alenee iän myötä. Lapsilla vakavaa D-vitamiinipuutosta sanotaan riisitaudiksi ja aikuisilla osteomalasiaksi. Näiden pääoireita ovat luiden pehmeneminen ja murtumaherkkyys. Suomessa ihmisten kalsitriolin tuotto auringonvalon avulla on liian pientä talvisin, jolloin valtaväestön tulisi Suomen valtion suositusten mukaan syödä D-vitamiinia ravintolisänä – lasten ja vanhusten taas tulisi syödä lisiä koko vuoden. Väestön D-vitamiinisaannin takaamiseksi Suomessa lisätään lain vaatimana rasvattomaan homogenoituun maitoon 1 µg kolekalsiferolia per 100 ml maitoa.
Ihmisillä D-vitamiinin yliannostuksen eli D-hypervitaminoosin eräitä oireita ovat pahoinvointi, hyperkalsemia ja elinten kuten sydämen ja munuaisten kalkkeutuminen. Ihminen ei voi helposti – käytännössä lainkaan – saada yliannostusta auringonvalosta, vain ruuasta tai ravintolisistä.
Kalsitrioli ja muut D-vitamiinit tai yhdistekohtaisesti vasta niiden aineenvaihduntatuotteet sitoutuvat D-vitamiinireseptoreihin (VDR). VDR:ien kautta ne vaikuttavat suoraan vähintään 200:aan ja epäsuoraan jopa noin 2000:een geeniin lisäten tai vähentäen niiden koodaamien proteiinien tuottoa. Tunnetuin rooli D-vitamiinilla on luuston normaalissa kasvussa ja ylläpidossa sekä veren kalsium- ja fosfaattipitoisuuksien säätelyssä.

Kansainvälinen yksikkö

Joissain ravinnesuosituksissa käytetään Maailman terveysjärjestön kansainvälistä yksikköä, jonka symboli on IU. D-vitamiinien kohdalla 1 IU vastaa vitamiiniteholtaan 0,025 µg eli noin 65 pikomoolia (pmol) kolekalsiferolia.

Syyt

D-vitamiinin yliannostuksesta johtuvaa tilaa sanotaan D-hypervitaminoosiksi. Tila ilmenee yleensä pitkän ajan kuluessa verrattain pienin annoksin. Isoista kerta-annoksista johtuvat myrkytykset ovat harvinaisia, mutta mahdollisia annoksen ollessa kyllin iso. Aikuisilla useita vuosia jatkuvan 100 µg/vrk annostelun D₃:a on arveltu voivan johtaa hypervitaminoosiin. Ainakin 1000 µg/vrk (1 mg/vrk) annokset D₃:a ovat aiheuttaneet aikuisilla hypervitaminoosin 12 viikossa.
Hypervitaminoosi voi johtua D-vitamiinin liikasaannista ravintolisästä kuten vitamiinitableteista tai kalanmaksaöljystä. Ihmisille D₃ on D₂:ta 10–20 kertaa myrkyllisempi. Vitaminoimaton ruoka on harvoin syy hypervitaminoosiin. Lääkekäytön synteettiset D-vitamiinijohdannaisetkin voivat johtaa hypervitaminoosiin. Vaikkei auringonotto tiettävästi koskaan ole johtanut hypervitaminoosiin, on harvinaisissa tapauksissa runsas solariumin käyttö yhdessä runsaan auringonoton kanssa johtanut hypervitaminoosiin.

Oireet

D-hypervitaminoosissa ilmenee hyperkalsemia eli veren ylisuuri kalsiumpitoisuus, jonka seurausta monet muut oireet ovat. Oireiden vakavuus kasvaa annosten kasvaessa. Muita oireita voivat olla runsasjanoisuus (polydipsia), ruokahaluttomuus, pahoinvointi, oksentelu, vatsakivut, ummetus, mahahaavat, haimatulehdus, tihentynyt virtsaustarve, nestehukka, virtsan kohonnut kalsiumpitoisuus (hyperkalsiuria), munuaisten kalkkeutumat (nefrokalsinoosi), munuaisten vajaatoiminta, sarveiskalvojen kalsiumkertymät (eng. band keratopathy), kivulias nivelten kalkkeutuminen, kuulonmenetys, korkea verenpaine, sydämen harvalyöntisyys ja EKG:ssä voi näkyä lyhyt QT-intervalli ja ST-välin kohoaminen. Hermo-oireita ovat keskittymisvaikeudet, väsymys, masennus, apatia, sekavuus, psykoosi ja ääritapauksissa sulkutila tai kooma. Hoitamaton ja vakava hypervitaminoosi voi tappaa.

Hoito

D-hypervitaminoosin varhaiset haittavaikutukset usein paranevat, mutta pitkittyneessä tilassa ilmenevä elinten kalkkeutuminen on peruuttamatonta ja vaarallista. Hypervitaminoosin hoitona toimii D-vitamiiniannosten normalisointi tai tarvittaessa välillinen vähentäminen alle saantisuositusten. Glukokortikoidit alentavat veren kalsiumpitoisuuksia. Vakavassa hyperkalsemiassa alentamiseen käytetään kalsitoniinia ja bisfosfonaatteja kuten tsoledronihappoa.

Puutos

Vakava D-vitamiinipuutos aiheuttaa lapsilla riisitautia ja aikuisilla osteomalasiaa. Pitkäaikainen puutos altistaa myös osteoporoosille. Puutoksen syy tai sen kaltaisten oireiden aiheuttaja voi olla muun muassa liian vähäinen D-vitamiinin saanti ruuasta, ruuansulatuksen imeytymishäirlöt, maksan toimintahäiriöt kuten kirroosi, munuaisten vajaatoiminta, lisäkilpirauhasen häiriöt kuten sen liikatoiminta eli hyperparatyroidismi ja monet geenivirheet kuten X-kromosomaalinen hypofosfatemia.

Kemia

D-vitamiinien rakenteet ovat nelirenkaisten steroidien tapaisia, mutta steroidien B-renkaan 9,10-hiilisidos on vitamiineissa auki jättäen renkaan alueelle konjugoituneen trieenirakenteen. Auenneen renkaan takia D-vitamiinit ovat kolmirenkaisia 9,10-sekosteroideja, joissa hiilten numerointi ja renkaiden nimet ovat samat kuin steroideissa. Vitamiineissa ei siis ole B-rengasta. Muista renkaista erillisen sykloheksaanin symboli on A; kaksoisrengasrakenteen sykloheksaanin C ja syklopentaanin D. Vitamiinien trieenin 6,7-yksöissidos ilmentää s-cis/s-trans-konformeriaa. s-trans-konformeeri on yleisempi, sillä sen kemiallinen energia on pienempi. Trieenin 5,6-kaksoissidos on cis. A-rengas läpikäy huoneenlämmössä nopeaa muunnosta kahden tuoli-konformaation välillä. A-renkaassa on usein metyleeni- (=CH₂) ja OH-ryhmä. D-renkaan hiilessä 17 on sivuketju. Ketjurakenne vaihtelee ja sen perusteella eri D-vitamiinit eroavat toisistaan. Joissain D-vitamiinijohdannaisissa tosin renkaiden substituutio on eri kuin mitä edellä. Esimerkiksi parikalsitolin A-renkaassa ei ole metyleeniä.
Ergokalsiferoli ja kolekalsiferoli eli D₂ ja D₃ ovat luonnon yleisimmät D-vitamiinit. Ne ovat valkeita tai kellertäviä kiinteitä aineita, liukenemattomia veteen, liukoisia rasvoihin ja öljyihin ja erittäin liukoisia asetoniin, etanoliin ja petrolieetteriin. Niiden absorptiomaksimi on noin 265 nm. Kuivana vitamiinit ovat vakaita, mutta liuoksissa sähkömagneettinen säteily tai jodi voi muuntaa 5,6-cis kaksoissidoksen trans-muotoon (5,6-trans-D), jolla ei juuri ole vitamiiniaktiivisuutta. Lämpö tai happamuuskin voi hajottaa liuenneita D-vitamiineja. 30 min 100 °C:ssa muuntaa jopa 1/4-osan D₂:n tai D₃:n 6,7-yksöissidoksista ei-vitamiinitoimintoiseen s-cis-konformaatioon, mutta muutos ei ole peruuttamaton. Kuumennus tuottaa peruuttamattomasti myös monia supra- ja toksisteroleita. Esimerkkejä ovat suprasteroli II ja toksisteroli-E. Liuoksissa kuten ruokaöljyissä hapettumisenestoaineet kuten alfa-tokoferoli suojaavat D-vitamiineja.

Valmistus

Teollisesti D₃:n 7-dehydrokolesteroli-esiastetta saadaan lampaiden villarasvasta eli lanoliinista ja D₂:n ergosteroli-esiastetta mikrobikäymisellä esimerkiksi hiivojen avulla. Myytävä villa pestään ja sivutuotteena saadaan rasvainen pesuliuos, jossa on noin 15% kolesterolia. Liuos saippuoidaan suoloiksi ja siitä poistetaan rasvahapposuolat muuhun käyttöön. Kolesteroli eristetään muista ei-saippuoituvista alkoholeista kompleksoimalla se esimerkiksi CaCl₂:n tai MgCl₂:n avulla. Se puhdistetaan uudelleenkiteyttämällä.
7-dehydrokolesterolia saadaan kolesterolista monin tavoin. Eräässä teollisuudessa yleisessä synteesissä kolesterolin OH-ryhmään liitetään esteri kuten asetaatti tai bentsoaatti. Bromi substituoi kolesteroliesterin allyylihiilen 7 vedyn radikaalimekanismilla. Bromi saadaan esimerkiksi 1,3-dibromi-5,5-dimetyylihydantoiinista. Reaktio ei ole stereospesifinen. Siksi olot optimoidaan tarkoin, jotta saadaan enemmän 7α-bromattua isomeeriä 7β:n sijaan. 7α-bromi eliminoituu 8β-vedyn kanssa tuottaen konjugoidun 5,7-dieenin eli 7-dehydrokolesterolin esterin. 4-vetykin voi eliminoitua 7β-bromin irrotessa samalla: syntyy ei-haluttua ja puhdistuksen osalta ongelmallista 4,6-dieeniä. Saanto on kohtalainen (noin 60%) käytettäessä esimerkiksi 2,4,6-trimetyylipyridiiniä liuottimena – dehydrobrominaatio suoritetaan usein siinä ja noin 120 °C:ssa. 7-dehydrokolesteroliesterin hydrolyysi emäksellä poistaa esterin. Tuote puhdistetaan uudelleenkiteyttämällä ja saanto kolesterolista lähtien on noin 50%.
Uudemmissa synteeseissä kolesterolin OH-ryhmä esteröidään. Sitten 7-hiili hapetetaan karbonyyliksi esimerkiksi kromitrioksidin avulla. Substituoitu hydratsiini reagoi karbonyylin hydratsoniksi, joka reagoidaan sitten emäksissä oloissa 7-dehydrokolesteroliksi. Menetelmät ovat halogeenittomia ja niiden saanto on parempi, sillä puhdistusta haittaavia sivutuotteita syntyy vähemmän.
7-dehydrokolesteroli tai ergosteroli liuotetaan inerttiin liuottimeen kuten peroksidittomaan dietyylieetteriin tai hapettomaan etanoliin. Liuos pumpataan siitä suoraan eristettyjen 250–350 nm UVB-lamppujen valaisemaan reaktorisammioon. 7-dehydrokolesterolissa tai ergosterolissa π-elektronit virittyvät π*-tasolle absorboidessaan säteitä, dieenisidos katkeaa ja esiasteista syntyy vastaavasti D₃:a tai D₂:a. Jos reaktorissa käytetään jopa 800 °C asti kuumenevia suuripaineisia UV-elohopealamppuja, on reaktorissa vesikiertoviilennys. Epäsopivissa lämpötiloissa syntyy liikaa sivutuotteita. Usein kun 25% esiasteesta on muuntunut D-vitamiiniksi, sen liuokseen lisätään alle 1 massaprosentti hapettumisenestoainetta kuten butyylihydroksianisolia tai butyylihydroksitolueenia. Liuos siirretään eristyssammioon, jossa liuotin haihdutetaan ja kerätään jälleenkäyttöä varten. Vitamiini eristetään uudelleenkiteytyksellä reagoimattomasta 7-dehydrokolesterolista, joka syötetään taas UV-reaktoriin. Pääosin s-cis-muotoista vitamiinia kuumennetaan, jolloin se muuntuu s-trans-muotoon (katso Ihotuotto).

Toiminta eliöissä

Ihmisillä ja muilla eläimillä on lähes kaikissa solutyypeissä D-vitamiinireseptoreita (VDR). Nämä ovat tumareseptoreita, joihin luontaiset ja synteettiset D-vitamiinit sitoutuvat. Näiden sitoutumisherkkyys VDR:iin eriää keskenään. Kalsitrioli on pääasiallinen luontainen VDR:ien aktivoija eli agonisti. Tämän kalsidioli- ja kolekalsiferolin-esiasteiden sitoutuminen reseptoriin on lähes olematonta.
Agonisti liittyy tumassa VDR:ään. VDR yhtyy tyhjään retinoidireseptori-X:ään (RXR). Tämä RXR-VDR-yhdistelmä eli heterodimeeri yhtyy DNA:n VDRE-sekvensseihin (eng. vitamin D-responsive elements). VDRE:itä on D-vitamiinin vaikuttamien geenien lähellä. Geenistä riippuen RXR-VDR:n liitos lisää tai alentaa geenin transkriptiota mRNA:ksi ja siten sen koodaamien proteiinien tuottoa eli translaatiota. Ihmisillä VDR:än toimintaan osallistuu myös monia säätelytekijöitä. Näitä ovat koaktivaattorit kuten DRIPS, NCOA1, SNW1 ja korepressorit kuten NCOR2.
On arvioitu että kalsitrioli vaikuttaa VDR:n kautta suoraan vähintään 200:aan ja epäsuoraan jopa 2000:een geeniin.

Kalsium ja fosfori

Kalsiumia ja fosforia vaaditaan kehossa moniin eri toimintoihin. Siksi keho pyrkii pitämään niiden pitoisuuksia veressä tietyn suuruisina. Luiden mineraalit koostuvat kalsiumista ja fosfaateista, jotka ovat luussa lähinnä hydroksiapatiittina. Nämä ainesosat tulevat luustolle verestä. Kalsitrioli osallistuu veren normaalin kalsium- ja fosfaattipitoisuuden ylläpitoon ja luuston kehitykseen.
Kalsitrioli lisää ruuan kalsiumkationien (Ca²⁺) aktiivista imeytymistä ohutsuolesta mekanismilla, jossa TRPV6:n (geeni TRPV6), calbindin-D₉ₖ:n (S100G) ja PMCA1b:n (ATP2B1) tuotto kasvaa VDR:n kautta. TRPV6 on kalsiumkanava, jonka läpi virtaa ohutsuolesta suolisoluihin kalsiumia. Calbindin-D₉ₖ kuljettaa kalsiumia solun halki ja estää sitoutumisella liian vapaan kalsiumin solulle haitallisia vaikutuksia. PMCA1b-ATPaasi pumppaa suolisoluista kalsiumia vereen. Imeytymistä ilmenee muidenkin pienemmän roolin omaavien aktiivisten reittien kautta ja passiivisesti diffuusiolla. Munuaisissa kalsitrioli lisää VDR:n kautta kalsiumin takaisin imeytymistä virtsasta vereen lähinnä TRPV5:n (TRPV5) ja calbindin-D₂₈ₖ:n (CALB1) avulla – nämä vastaavat toiminnoiltaan ohutsuolen kuljetusmekanismin proteiineja.
Kalsitrioli lisää VDR:n kautta RANKL-kalvoproteiinin (TNFSF11) tuottoa osteoblastisoluissa. RANKL yhtyy epäkypsien osteoklastien solukalvon RANK-reseptoreihin (TNFRSF11A). RANK:n aktivoituminen johtaa solun kasvuun osteoklastiksi, joka hajottaa luita kalsiumiksi ja fosfaatiksi verenkiertoon. Osa veren fosfaatista ja kalsiumista päätyy takaisin luihin. Luun muodostuksella ja hajotuksella, ja näiden kahden välisellä sopivalla tasapainolla on rooli normaalissa luukehityksessä. Eritoten ihmisen kasvun aikana lapsesta aikuiseksi luiden kasvu on nopeaa ja luuta tulee syntyä ja hajottaa nopeasti. Osteoklastit myös ylläpitävät veren fosfaatti- ja kalsiumpitoisuuksia jos niitä ei saada kylliksi ravinnosta. Pitkittyneessä puutoksessa luun uhraus vereen ja siitä välittömästi tärkeämpiin käyttökohteisiin johtaa luukatoon.
Ruuan fosfori imeytyy ohutsuolesta suolisoluihin fosfaatteina pääosin NPT2b:n (geeni SLC34A2) avulla, mutta myös passiivisesti diffuusiolla. Munuaisissa imeytyminen tapahtuu pääosin NPT2a:n (SLC34A1) ja NPT2c:n (SLC34A3) kautta. NPT:t ovat Na⁺-riippuvaisia symporttereita. Soluista fosfaatit päätyvät vereen tuntemattomalla tavalla. Kalsitrioli tehostaa fosfaattien imeytymistä ohutsuolessa ja munuaisissa tuntemattomalla tavalla.
Hypokalsemiassa joko kalsitriolin tai lisäkilpirauhasen pääsolujen parathormonin (PTH) eritys vereen kasvaa. Tällä keho pyrkii normalisoimaan veren kalsiumpitoisuuden. D-vitamiini alentaa PTH:n tuottoa VDR:n kautta ja on tällöin pääasiallinen veren kalsiumsäätelijä, mutta D-vitamiinipuutoksessa PTH on veren kalsiumin pääsäätelijä. PTH lisää kalsiumin vapautumista luista ja sen takaisinottoa virtsasta munuaisissa. Fosforin takaisinotto ei lisäänny, joten varhaisessa D-vitamiinipuutoksessa voi ilmetä hypofosfatemiaa, mutta veren kalsiumpitoisuus on normaali.
Hyperkalsemiassa kilpirauhasen erittämä kalsitoniini alentaa ohutsuolessa, munuaisissa ja luissa kalsiumin päätymistä vereen. Se myös estää PTH:n vaikutuksen.

Ihotuotto

Ihmisillä D₃:n tuotto alkaa asetyyli-CoA:sta, joka muuntuu skvaleenin kautta lanosteroliksi. Tämä siirtyy Kandutsch-Russell- eli KR-synteesireitille, jonka välituote on 7-dehydrokolesteroli (7DK). KR-reitillä syntyy kolesterolia, josta ei kuitenkaan synny 7DK:ta eikä siten D₃:a. Talirauhasista 7DK erittyy talina iholle, josta se imeytyy ihosoluihin. Ihmisillä orvaskedessä on tuplaten enemmän 7DK:ta kuin verinahassa. Eritoten sitä on orvaskeden tyvi- (stratum basale) ja okasolukerroksessa (stratum pinosum), joissa ihmisillä sitä on yhteensä usein 25–50 µg/cm² ihoa.
Eläinten ihon 7DK:n absorboidessa UVB-säteitä, 9,10-hiilisidos katkeaa ja syntyy D₃:a. Muunnos on nopein kun aallonpituus on 293 nm. Rengas aukeaa ja lämpöliike muuntaa itsestään s-cis-muodon vakaammaksi s-trans-konformeeriksi.
Enintään 5–15% kaikesta ihon 7DK:sta muuntuu kerralla D₃:ksi. Pidempi UV-altistus lisää tuottoa, mutta säteilyvoimakkuuden kasvu ei juuri lisää tuottoa – se päinvastoin lisää ei-vitamiinitoimintoisten hajoamistuotteiden kuten lumisteroli-3:n (CAS-numero 5226-01-7) ja takysteroli-3:n (CAS 115-61-7) tuottoa 7DK:sta sekä jo tuotetun D₃:n hajoamista 5,6-trans-D₃:ksi. Ihonväristä pääosin vastaava melaniini absorboi 290–320 nm alueen UV-säteitä siten D₃:n tuottoa heikentäen. Fitzpatrick-asteikolla ihotyypin II valkoihoisilla 20–30% 295 nm säteistä absorboituu ja tyypin V tummaihoisilla 2–5%. Vanhoilla D₃:n tuotto on nuoria paljon heikompaa. Vanhoilla iho ohuempi ja sen 7DK-pitoisuus on alempi.

25OHD ja 1,25(OH)2D

Eläimillä D₂:n ja D₃:n 25-hiiliin liittyy OH-ryhmä – saadaan vastaavasti erkalsidioli (25OHD₂) ja kalsidioli (25OHD₃), joiden yhteissymboli on 25OHD, jos aine on tarkemmin määrittelemätön. Ihmisillä maksasolujen endoplasmakalvoston CYP2R1 (EC-numero 1.14.14.24) on tärkein 25-hydroksylaasi. Sitten 25OHD:t kulkeutuvat veressä munuaisiin. Niiden 1α-hiilet hydroksyloituvat – saadaan erkalsitrioli (1,25(OH)₂D₂) ja kalsitrioli (1,25(OH)₂D₃), joiden yhteissymboli on 1,25(OH)₂D. Ihmisten tärkein 1α-hydroksylaasi on munuaissolujen mitokondrioiden CYP27B1 (EC 1.14.15.16).
Munuaisten munuaistiehyissä verestä tullut DBP:hen liittynyt 25OHD yhtyy megaliini-kalvoproteiiniin (geeni LRP2), jonka toimintaan osallistuvat kubiliini (CUBN) ja amnionless (AMN). Endosytoosi tapahtuu klatriinin avulla rakkuloihin. Rakkuloiden happamoituminen irrottaa DBP-25OHD-kompleksin megaliinista. DBP-25OHD päätyy rakkuloiden sisällä eri soluosiin kuten lysosomeihin. Näissä DBP hajoaa ja 25OHD vapautuu.
Kalsitriolin tuottoa säädellään, jotta sitä ei synny liikaa tai liian vähän. Vereen erittynyt parathormoni lisää CYP27B1:n aktiivisuutta. Aktiivisuutta alentaa veren kalsitrioli ja fibroblasti-kasvutekijä 23 (FGF23). Kalsitrioli siis estää itsensä tuottoa – kyse on negatiivisesta takaisinkytkennästä. CYP27B1:n aktiivisuutta alentaa myös veren suuri kalsium- tai fosfaattipitoisuus. Kalsium tekee tämän lähinnä estämällä parathormonin toimintaa ja fosfaatti lisäämällä FGF23:n toimintaa.

Varastoituminen

Terveillä ihmisillä D-vitamiinivarannot riittävät noin 2–6 viikoksi vitamiinin saannin loppumisesta ruuasta ja UVB-säteilyn kautta. Rasvaliukoinen D-vitamiini jakautuu ihmisillä lähes tasaisesti kehoon kertyen solujen rasvaliukoisiin osiin. Vitamiinin pitoisuudet rasvakudoksissa ovat muita kehon kudoksia hieman isommat. Pääosa kehon D-vitamiinista on D₃:a. Toiseksi yleisin muoto on 25OHD₃, jota on kokonaismäärästä noin 20%, mutta veressä sen pitoisuudet ovat monikertaiset D₃:en verrattuna. 25OHD₃:a on verrattain paljon myös munuaisissa, maksassa, keuhkoissa ja aortassa, jotka ovat D-vitamiinin yliannostuksessa elimistä ensimmäisiä, joissa yliannostuksen kudosten kalkkeutumista (kalsinoosia) ilmenee.
Ihmisillä ja muilla eläimillä maksa ei varastoi pääosaa kehon D-vitamiinista. Se poikkeaa siten muista rasvaliukoisista vitamiineista (A-, E- ja K-vitamiinit). Poikkeuksena ovat tosin muun muassa tietyt kalat, joiden D-vitamiinin maksapitoisuudet ovat isot.

Hajotus ja erittyminen

D-vitamiini hajoaa ihmisissä ja eläimissä yli 30:ksi eri hajoamistuotteeksi. Nämä ovat lähinnä D-vitamiineja vesiliukoisempia glukuronideja ja sulfaatteja, jotka erittyvät sappinesteessä ulosteeseen. Vain hyvin pieni osa erittyy virtsaan. Hajoamisessa vitamiinit voivat hydroksyloitua ja isomerisoitua esimerkiksi eri cis-trans-isomeereiksi. Niiden sivuketju voi hapettua karboksyylihapoksi tuottaen kalsitroiinihappoa (CAS-numero 71204-89-2) tai syklisoitua laktoniksi kuten 1,25-laktoniksi (CAS 81203-50-1).
Hajotukseen osallistuvia entsyymeitä on muutamia. Esimerkiksi CYP24A1 (EC-numero 1.14.15.16) hydroksyloi hiilen 23 tai 24 tuottaen dihydroksideistä kuten kalsitriolista (1,25(OH)₂D₃) trihydroksidejä kuten 1,23,25(OH)₃D₃:a tai 1,24,25(OH)₂D₃:a. Nämä voivat muuntua samalla entsyymillä vastaavasti edelleen kalsitroiinihapoksi tai sitten 1,25-laktoniksi.

Historia ja nimet

Riisitauti on vanha tauti – jo noin 50 000 vuotta eaa. vanhasta neandertalinihmisen luujäänteistä on löydetty viitteitä taudista. Lääkärinä muun muassa Antiikin Roomassa vuosina 110–130 työskennelleen Efesoksen Soranuksen kirjassaan Gynekologia kuvaamia lasten oireita pidetään usein varhaisimpina kirjallisina mainintoina riisitaudin oireista. Kuitenkin ensimmäiset lääketieteelliset kuvaukset taudista ovat englantilaisen Daniel Whistlerin (elänyt 1619–1684) kirjassa vuodelta 1645. Näitä kirjoituksia tarkempia varhaisia kuvauksia on englantilaisen Francis Glissonin (1597–1677) kirjassa vuodelta 1660.
1822 puolalainen lääkäri Jędrzej Sniadecki havaitsi auringonvalon puutoksen aiheuttavan riisitautia. Hän oli tiettävästi ensimmäinen tästä asiasta kirjoittanut. 1824 saksalainen lääkäri D. Schütte havaitsi kalanmaksaöljyn syönnin parantavan riisitaudin. Sittemmin öljyn käyttö riisitaudin lääketieteellisessä hoidossa yleistyi Euroopassa.
Viimeistään 1900-luvulle tultaessa oli selvää että riisitauti oli vitamiinipuutos. Tauti oli 1900-luvun alussa iso ongelma Isossa-Britanniassa, eritoten Skotlannissa. Siksi 1919 Edward Mellanby (1884–1955) alkoi etsimään parannusta tautiin. Hän kokeili riisitaudin vitamiiniteoriaa käytännössä ja ruokki koiranpennuille Skotlannissa tuolloin yleisesti syötyä kaurapuuroa, mutta myös riisiä, leipää ja maitoa saaden pennuilla aikaan riisitaudin. Keripukkia tai beriberiä vastaavasti tuolloin tunnetusti estävän appelsiinimehun tai leivinhiivan lisääminen pentujen ruokavalioon ei estänyt riisitautia. Sen sijaan kalanmaksaöljyn syöttö esti taudin ilmenemisen. Koska vasta löydetty A-vitamiini oli rasvaliukoinen ja sitä tiedettiin olevan kalanmaksaöljyssä, arveli Mellanby riisitaudin johtuvan ehkä A-vitamiinin puutteesta.
1922 Elmer Verner McCollum (1879–1967) testasi Mellanbyn hypoteesia. Hän tiesi hapen ja lämmön tuhoavan A-vitamiinin, joten hän kuplitutti happea kalanmaksaöljyn läpi kuumentaen öljyä samalla. Tämä tuhosi odotetusti A-vitamiinin eikä öljyn syöttö eläimille enää estänyt A-vitamiinipuutokselle tyypillistä kseroftalmiaa eli kyynelten tuoton loppumista. Öljy silti yhä esti riisitautia. McCollum esitti siksi riisitautia estävän vitamiinin olevan jokin tuntematon aine A-vitamiinin sijaan. Myöhemmin aine nimettiin D-vitamiiniksi.
1919 Kurt Huldschinsky havaitsi ensimmäisenä nimenomaan UV-säteilyn parantavan riisitaudin ihmislapsilla. 1913 Harry Steenbock (1886–1955) totesi vuohien kalsiumin imeytymisen alenevan talvella niiden ollessa pääosin sisätiloissa. Jatkotutkimuksissa 1924 Steenbock paransi riisitaudin rotilla valaisemalla niitä tai niiden ruokaa UV-lampuilla. 1925 Steenbock ja kollegat esittivät riisitautia aiheuttavan aineen olevan rasvaliukoinen vitamiini, jonka UV-säteet muunsivat aktiiviseksi. He havaitsivat ettei aine ole saippuoituva rasvahappo ja esittivät sen olevan ehkä steroli.
1931 Frederick A. Askew et al. ja 1932 Adolf Windaus et al. julkaisivat D₂-vitamiinin rakennekaavan toisistaan riippumattomasti. Windaus nimesi aineen D₂:ksi. Numerointi on tämä sillä aiemmin 1931 Windaus ja kollegat myös eristivät "D₁-vitamiinin". Tämä paljastui myöhemmin epäpuhtaaksi vitamiiniseokseksi.
1936 Windaus ja kollegat selvittivät D₃-vitamiinin rakennekaavan, valmistivat sitä altistamalla tuottamaansa 7-dehydrokolesterolia UV-säteille ja totesivat D₃:n olevan riisitautia estävä aine.