Ascorbinsäure (in der Biochemie auch Ascorbat) ist eine Organische Säure, die bei Standardbedingungen als farb- und geruchloses Kristallpulver vorliegt und daher zu den Festkörpersäuren zählt. Da sie leicht oxidierbar ist, wirkt sie antioxidativ. Sie ist sehr gut wasserlöslich und kristallisiert in Form farbloser Kristalle. Ihre wichtigste Eigenschaft ist die physiologische Wirkung als Vitamin, ein Mangel kann sich bei Menschen durch Skorbut manifestieren. Ihr Name leitet sich entsprechend von „a“ (nicht) und dem lateinischem Namen „scorbutus“ für Skorbut ab.

Ein Stereoisomer der Ascorbinsäure, die L-(+)-Ascorbinsäure und deren Derivate mit gleicher Wirkung, werden unter der Bezeichnung Vitamin C zusammengefasst.^[2] Der Sammelbegriff Vitamin C umfasst neben L-(+)-Ascorbinsäure alle Stoffe, die im Körper zu Ascorbinsäure umgesetzt werden können, so z. B. Dehydroascorbinsäure (DHA).

[Bearbeiten] Geschichte

Skorbut war bereits im 2. Jahrtausend v. Chr. im Alten Ägypten als Krankheit bekannt. Auch der griechische Arzt Hippokrates und der römische Autor Plinius berichten darüber.

Bis ins 18. Jahrhundert war Skorbut die häufigste Todesursache auf Seereisen. Im Jahre 1747 untersuchte der englische Schiffsarzt James Lind diese Krankheit. Er nahm zwölf Seeleute, die unter der Skorbut litten und teilte sie in sechs Gruppen zu je zwei Personen. Jeder Gruppe gab er zusätzlich zu den üblichen Nahrungsrationen einen weiteren speziellen Nahrungszusatz. Im Speziellen: Obstwein, Schwefelsäure, Essig, Gewürze und Kräuter, Seewasser, sowie Orangen und Zitronen. Er stellte fest, dass die Gruppe, welche die Zitrusfrüchte erhielt, eine rasche Besserung zeigte. 1757 veröffentlichte Lind dieses Resultat. Doch erst 1795 ließ die britische Marine die Nahrungsrationen auf See mit Zitronensaft ergänzen. Zusätzlich wurden auch Sauerkraut und Malz zur Skorbutprävention eingesetzt.

Im Jahr 1912 entdeckte der Biochemiker Casimir Funk nach Studien zu der Mangelerkrankung Beri-Beri, dass diese durch das Fehlen einer chemischen Substanz, Thiamin, verursacht wurde. Er prägte dafür das Kunstwort „Vitamin“.

1921 gab der Biochemiker Sylvester Zilva einer Mischung von aus Zitronensaft isolierten Substanzen, die in der Lage war, Skorbut zu heilen, die Bezeichnung Vitamin C.^[3] Zwischen 1928 und 1934 gelang es dem ungarischen Wissenschaftler Albert von Szent-Györgyi Nagyrapolt, sowie Joseph L. Svirbely und unabhängig davon Charles Glen King durch Kristallisationsversuche die für die Heilung der Skorbut verantwortliche Substanz zu isolieren. 1934 stellte Györgyi fest, dass diese identisch mit der 1913 entdeckten L-Ascorbinsäure ist. Ebenfalls 1934 gelang Walter Haworth und Tadeus Reichstein erstmalig die Synthese künstlicher L-Ascorbinsäure aus Glucose.^[4] Haworth erhielt 1937 für seine Forschungen am Vitamin C den Nobelpreis für Chemie, Szent Györgyi den für Medizin. Seit 1967 wurde von Linus Pauling die Verwendung hoher Dosen von Ascorbinsäure (er selbst nahm 18 g pro Tag ein) als Vorbeugung gegen Erkältungen und Krebs propagiert, was jedoch umstritten ist (siehe unten).

Sanddorn liefert Vitamin C in hoher Konzentration

[Bearbeiten] Vorkommen

In der Nahrung kommt Vitamin C vor allem in Obst, Gemüse und Grüntee vor, sein Gehalt sinkt jedoch beim Kochen, Trocknen oder Einweichen sowie bei der Lagerhaltung. Zitrusfrüchte wie Orangen, Zitronen und Grapefruits enthalten – in reifem Zustand unmittelbar nach der Ernte – viel Vitamin C. Grünkohl hat den höchsten Vitamin-C-Gehalt aller Kohlarten (105–120 mg/100 g verzehrbare Substanz). In Kohlgemüse ist Ascorbinsäure in Form von Ascorbigen A und B gebunden. Wird das Gemüse gekocht, zerfallen die Moleküle in L-Ascorbinsäure und Indol, so dass es in gekochtem Zustand mehr Vitamin C enthalten kann als im rohen Zustand. Durch zu langes Kochen wird das Vitamin jedoch teilweise zerstört und auch in das (meist nicht verzehrte) Kochwasser abgegeben. Rotkraut, Weißkraut und Sauerkraut sind ebenfalls Vitamin-C-Lieferanten, was lange Zeit vor allem in der Seefahrt von Bedeutung war, da man zur Vorbeugung gegen Skorbut (siehe unten) ein haltbares, an Vitamin C reiches Nahrungsmittel benötigte, wozu sich Sauerkraut am besten eignete. Die höchsten natürlichen Vitamin-C-Konzentrationen hat man in Camu-Camu und in der Acerolakirsche gefunden.

Viele Gemüsearten enthalten eine Ascorbat-Oxidase, die insbesondere durch Zerkleinern mit dem Vitamin in Berührung kommt und dieses oxidiert. Das führt z. B. bei Rohkost, die nicht sofort verzehrt wird, zu erheblichen Vitamin-C-Verlusten.

Hier der Vitamin-C-Gehalt einiger Früchte/Gemüse je 100 g, geordnet nach absteigendem Vitamin-C-Gehalt:

Camu-Camu 2000 mg
Acerolakirsche 1300–1700 mg
Hagebutte 1250 mg
Sanddornbeere 200–800 mg
Guave 300 mg
Schwarze Johannisbeere 189 mg
Petersilie 160 mg
Grünkohl 105–150 mg
Rosenkohl 90–150 mg

Paprika 100 mg
Brokkoli 90–115 mg
Vogelbeere (Ebereschenfrucht) 98 mg
Spinat 50–90 mg
Kiwi 80 mg
Erdbeere 50–80 mg
Zitrone 53 mg
Orange (Apfelsine) 50 mg
Rotkohl 50 mg

Weißkohl 45 mg
Heidelbeere 22 mg
Ananas 20 mg
Sauerkraut 20 mg
Avocado 13 mg
Kulturapfel 12 mg
Banane 10–12 mg
Pfirsich 10 mg
Birne 5 mg

Die Angaben dienen nur der Orientierung, die tatsächlichen Werte hängen stark von den folgenden Variablen ab:

Sorte der Pflanze
Bodenbeschaffenheit
Klima während des Wachstums
Lagerdauer seit der Ernte
Lagerbedingungen
Zubereitung

[Bearbeiten] Herstellung und technische Verwendung

kristalline Ascorbinsäure

Die Jahresproduktion für Ascorbinsäure liegt weltweit bei etwa 80.000 Tonnen (2006).^[5] Diese Menge hat sich seit 1999 mehr als verdoppelt (1999: 35.000–40.000 t^[6], 2004: >50.000 t^[7]). Marktführer war lange Zeit die Schweizer Hoffmann-La Roche (30 % Weltumsatz) gefolgt vom BASF-NPEG Kartell (auch etwa 30 %) und der Firma Merck. 2002 hat Hoffmann-La Roche seine Vitaminsparte für 3,4 Milliarden Schweizer Franken (etwa 2,1 Milliarden Euro) an die holländische Koninklijke DSM verkauft. Ascorbinsäure wird zur Zeit hauptsächlich in China produziert.

In chemischen Fabriken wird aus der Ausgangssubstanz D-Glucose über Sorbitol kristalline Ascorbinsäure, Natriumascorbat, Calciumascorbat und Ascorbylmonophosphat hergestellt. Die sogenannte Reichstein-Synthese (1934) ist bis heute die Grundlage dieser industriellen Produktion.

Zur Unterscheidung von diesem synthetisch hergestellten Produkt wird ein mit Hilfe gentechnisch veränderter Mikroorganismen hergestelltes Vitamin C international mit GMO-Vitamin C (GMO, genetically manipulated organism: „genetisch veränderter Organismus“) bezeichnet. GMO-Ascorbinsäure ist preiswerter; nach diesem Verfahren wird weltweit der größere Teil hergestellt.

Ascorbinsäure findet hauptsächlich als Antioxidans Verwendung. Sie wird vielen Lebensmittelprodukten als Konservierungsmittel beziehungsweise Umrötungshilfsmittel unter der Nummer E 300 zugesetzt. Weitere E-Nummern von Ascorbinsäurederivaten sind E 301 (Natriumascorbat), E 302 (Calciumascorbat), E 304a (Ascorbylpalmitat) und E 304b (Ascorbylstearat). Der Ascorbinsäurezusatz zu Mehlen soll das Gashaltevermögen und das Volumen der Teige vergrößern. Dies lässt sich durch die Ausbildung zusätzlicher Disulfidbrücken zwischen den Kleber-Strängen des Teiges erklären. Auch im Pharma-Bereich dient Ascorbinsäure als Antioxidans zur Stabilisierung von Pharmaprodukten.

Wegen seiner reduzierenden Eigenschaft wird Ascorbinsäure auch vereinzelt als Entwicklungssubstanz in photographischen Entwicklern eingesetzt.

Zum Auflösen von Heroinbase vor der Injektion wird oft Ascorbinsäure mit dem Heroin aufgekocht.

[Bearbeiten] Verwendung als Medikament

Allgemein anerkannt ist die therapeutische Verabreichung von Ascorbinsäure an Kranke mit nachgewiesenem Vitamin-C-Mangel oder Skorbut (s.u.).

Von Ärzten und Laien wird Vitamin C sehr häufig zur Prophylaxe von Erkältungen eingesetzt. Diese Anwendung wurde insbesondere in den 1970er-Jahren durch den Nobelpreisträger Linus Pauling populär. Jedoch ist ist dieser vorbeugende Effekt nach neueren Erkenntnissen eher gering.^[8] Es gibt Hinweise darauf, dass sich die Dauer einer Erkältung durch das Vitamin geringfügig verringern lässt.^[9]

Wegen der ihr zugeschriebenen allgemein gesundheitsfördernden Eigenschaften wird Ascorbinsäure auch in der Tierzucht verfüttert.

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[Bearbeiten] Hochdosierte Infusionstherapie

Ebenfalls auf Pauling geht die hochdosierte Infusion von Vitamin C zurück, die in der Alternativmedizin üblich ist. Hochdosierte Vitamin-C-Infusion werden hier zur Behandlung einer Vielzahl von Erkrankungen eingesetzt. Das Spektrum umfasst beispielsweise rheumatische Erkrankungen, Krebserkrankungen, Durchblutungsstörungen, Allergien, Neurodermitis und "Infektanfälligkeit". In einer Dosierung von 5 bis 15 g Ascorbinsäure (meist 7,5 g) wird damit ein Vielfaches des Tagesbedarfes zugeführt.

[Bearbeiten] Kontraindikationen

Bei Eisenspeicherkrankheiten z. B. Hämochromatose, Favismus, Nierenschädigungen, Oxalatnierensteinen und bestimmten Autoimmunerkrankungen (gilt nicht für die rheumatoide Arthritis) sollte keine Anwendung hoher Vitamin-C-Dosierungen erfolgen. Auch in der Schwangerschaft und Stillzeit ist von einer "Hochdosistherapie" abzusehen.

[Bearbeiten] Durchführung

Da in der Hochdosistherapie verwendete kommerzielle Präparate eine sehr hohe Osmolarität besitzen (z. B. Vitamin C Injektopas® 1600 mosmol/l) muss eine ausreichende Verdünnung mit 250 bis 500 ml Trägerlösung wie isotonische Kochsalzlösung oder Ringerlösung erfolgen, um die Infusion über einen peripher venösen Zugang (über eine Venenverweilkanüle) über die Dauer von ca. 30 Minuten durchführen zu können. Glucosehaltige Infusionslösungen werden als nicht passend erachtet, da Glucose und Vitamin C die gleichen Transporter in die Zellen benutzen.

[Bearbeiten] Sicherheit und Nebenwirkungen

Bisher sind keine ernsthaften Zwischenfälle durch Vitamin-C-Infusionen bekannt gegeben worden, prospektive Studien oder gar Langzeitstudien fehlen aber. Der Metabolismus von Vitamin C zu Oxalsäure führt bei Zuführung größerer Mengen (über dem UL-Wert von 2 g/Tag) bei 40 % aller Patienten zu einer Nierensteinbildung.^[10]^[11]

[Bearbeiten] Vitamin-C-Infusion und Krebs

Im September 2005 publizierte die National Academy of Sciences der USA eine Laborstudie des Forschers Qi Chen (der National Institutes of Health in Bethesda USA) in der hohe Konzentrationen von Ascorbinsäure gezielt Kulturen von Krebszellen abtöteten, während Kulturen von gesunden Zelllinien nicht geschädigt wurden. Damit Krebszellen abstarben, musste jedoch das Vitamin C in so hohen Konzentrationen verabreicht werden, wie sie beim Menschen nur durch eine Infusion direkt in die Venen erreicht werden können.^[12] Die Ergebnisse dieser In-vitro-Studie konnten in einer 2007 veröffentlichten Arbeit in vivo nachvollzogen und bestätigt werden.^[13]

Im März 2006 dokumentieren Padayatty et al. anhand 3 Fallstudien aus den Jahren 1995 und 1996 die Wirksamkeit der intravenösen Gabe von hochdosiertem Vitamin C. bei schon metastasierendem Nierenzellkrebs, Lungenkrebs und B-Zell Lymphom. Alle Patienten überlebten die Diagnose mit Hilfe der intravenösen Gabe von hochdosiertem Vitamin C mindestens 7 Jahre. Die erste Patientin, eine langjährige Intensivraucherin, verstarb allerdings Ende 2002. Bei dieser Patientin, bei der ab 1996 ein metastasierendes Nierenzellkarzinom noch erfolgreich mit der intravenösen Gabe von hochdosiertem Vitamin C behandelt werden konnte, hatte sich schließlich eine gegen Vitamin C resistente Form des Lungenkrebses entwickelt.^[14]

Die Ärztezeitung berichtet im August 2006 über eine Studie, die Hinweise darauf gibt, dass eine Infusionstherapie mit hochdosiertem Vitamin C bei Frauen mit Brustkrebs das tumorfreie Intervall verlängern kann. Diese Hinweise müssen allerdings prospektiv kontrolliert werden.^[15]

Im August 2008 veröffentlichten Qi Chen et al. vom National Institute of Health (NIH) in Bethesda eine Studie, in der Mäusen pharmakologische Dosen von bis zu 4 g Vitamin C pro Kilogramm Körpergewicht durch direkte Injektion in den Bauchraum verabreicht wurden und dadurch das Wachstum aggressiver Tumore der Bauchspeicheldrüse, der Eierstöcke und des Gehirns durch Bildung von Wasserstoffperoxid deutlich um 41 bis 53 Prozent gebremst wurde, ohne dabei gesunde Zellen zu schädigen. Daraus folgern die Forscher, dass ähnlich hohe intravenöse Dosen bei Tumorpatienten zur Therapie von Tumoren mit ungünstiger Prognose oder begrenzten Therapieoptionen geeignet sein könnten.^[16]

[Bearbeiten] Physiologische Bedeutung

Vitamin C ist ein Radikalfänger und hat eine antioxidative Wirkung (es wirkt also als Reduktionsmittel).

Weiterhin stellt Vitamin C ein wichtiges Coenzym für die Prolyl-Hydroxylase dar. Dieses Enzym wird bei der Biosynthese des Proteins (Eiweisses) Kollagen benötigt. Es wandelt integrierte Prolinreste in 4-Hydroxyprolyl-Seitenketten unter Verbrauch von molekularem Sauerstoff um. Hydroxyprolin ist für den stabilen Kollagenaufbau unerlässlich.

Ebenfalls innerhalb der Biosynthese von Kollagen, aber auch weiterer Proteine, findet mithilfe von Ascorbinsäure und des Enzyms Lysylhydroxylase die Hydroxylierung von Lysin zum Hydroxylysin statt. Im Kollagen erfüllt dieses eine Funktion in der kovalenten Quervernetzung benachbarter Moleküle. Darüber hinaus kann Hydroxylysin im Kollagen und weiteren Proteinen glykosyliert werden, was zur Bildung von Glykoproteinen führt.

Mangel an Vitamin C führt zu einer verminderten Aktivität der Prolyl-Hydroxylierung und der Lysyl-Hydroxylierung und damit zur Instabilität von Kollagen (Ehlers-Danlos-Syndrom). Da Kollagen in praktisch allen Organen und Geweben des menschlichen und tierischen Organismus vorkommt vor allem im Bindegewebe, wird bei Mangel von Vitamin-C Skorbut ausgelöst.

Auch bei der Hydroxylierung von Steroiden ist Vitamin C ein wichtiger Cofaktor. Darüber hinaus spielt es eine wichtige Rolle beim Aufbau von Aminosäuren wie z. Bsp. dem Tyrosin. Auch bei der Umwandlung von Dopamin zu Noradrenalin, im Cholesterin-Stoffwechsel und bei der Carnitinbiosynthese wird Ascorbinsäure benötigt.

Durch seine antioxidative Wirkung schützt es andere wichtige Metaboliten und das Erbgut vor der Oxidation bzw. dem Angriff durch freie Radikale, was im Endeffekt einen Schutz der Zelle vor Schäden und somit auch vor Krebs, Arteriosklerose und Grauem Star bedeuten könnte.

Molekülmodell von Vitamin C als Briefmarkenmotiv

Mit Niacin und Vitamin B₆ steuert Vitamin C die Produktion von L-Carnitin, das für die Fettverbrennung in der Muskulatur benötigt wird. Weiterhin begünstigt es die Eisenresorption im Dünndarm.

[Bearbeiten] Bedarf

Die Orange ist ein klassischer Lieferant von Vitamin C

In weiten Teilen der Welt ist die Versorgung mit Vitamin C relativ gut, der Tagesbedarf eines Erwachsenen beträgt laut Empfehlung der Deutschen Gesellschaft für Ernährung 100 mg. Die Meinungen hierüber gehen jedoch weit auseinander; die Empfehlungen anderer Gruppierungen liegen zwischen einem Bruchteil (z. B. der Hälfte) und einem Vielfachen (z. B. „so viel wie möglich“) dieses Wertes. Fest steht, dass Mengen bis zu 5000 mg kurzzeitig als unbedenklich gelten. Überschüssige Mengen werden vom Körper über den Urin ausgeschieden, da Vitamin C gut wasserlöslich ist (siehe auch Hypervitaminosen).

Bei einer ausgewogenen Mischkost kann in Deutschland davon ausgegangen werden, dass dem Körper alle lebensnotwendigen Vitamine, und daher auch Vitamin C, in ausreichendem Maße zugeführt werden. Die Versorgung mit Vitamin C ist in Deutschland knapp über der DGE-Empfehlung von 100 mg pro Tag. Daher sind Vitaminpräparate für einen gesunden Menschen, der sich abwechslungsreich und vollwertig ernährt, überflüssig. Raucher brauchen auf Grund der erhöhten Belastung mit freien Radikalen etwa 40 % mehr Vitamin C – laut DGE 150 mg/Tag. Die Empfehlung für Schwangere und Stillende liegt bei 110 bzw. 150 mg täglich. Ursache für eine unzureichende Zufuhr ist meistens eine einseitige Ernährung. Dies betrifft vor allem ältere Menschen, die nicht täglich frisches Obst und Gemüse verzehren.

Untersuchungen mit ¹⁴C-markiertem Vitamin C zeigen, dass der tägliche Ascorbatumsatz unabhängig von der Vitamin-C-Zufuhr nur etwa 20 mg beträgt. Somit genügen bereits knapp 20 mg täglich, um Skorbut zu vermeiden.

Für Vergleichszwecke interessant ist, dass für Meerschweinchen eine Tagesdosis von 10–30 mg empfohlen wird (bei einem Gewicht von ca. 0,8–1,5 kg), wobei es diese wie Menschen nicht selbst über die Leber produzieren können.

[Bearbeiten] Mangelerscheinungen (Hypovitaminose)

Albert von Szent-Györgyi Nagyrapolt, ein ungarischer Wissenschaftler, identifizierte 1933 das Vitamin C als wirksame Substanz gegen Skorbut. Volle Wirksamkeit entfaltet das Vitamin C aber nur in Gegenwart eines Flavanols, das als Vitamin C2 bezeichnet wird. Keiner der beiden Stoffe kann allein Skorbut heilen, in Kombination sind sie aber schon in geringen Mengen wirksam.

Nur wenige Wirbeltiere, darunter Primaten (wie der Mensch), Meerschweinchen, einige Vögel und Schlangen, sind nicht zur Biosynthese von Ascorbinsäure aus Glucuronsäure befähigt, da ihnen die L-Gluconolacton-Oxidase fehlt. Für diese Lebewesen ist Ascorbinsäure somit essentiell. Darum muss der Bedarf über die Nahrung (bzw. mit Nahrungsmitteln) gedeckt werden. Mangelerscheinungen führen langfristig zu Skorbut sowie zur Schwächung des Bindegewebes, da Ascorbinsäure zur Collagen-Synthese benötigt wird (siehe oben). Bei Schlangen kommt es dabei bereits durch normale Berührung zu Hautrissen.

[Bearbeiten] Überdosierung (Hypervitaminose)

Für Vitamin C ist die Hypervitaminose, wie sie beispielsweise bei Vitamin A vorkommen kann, sehr selten, da der Körper einen Überschuss an Ascorbinsäure wieder über die Nieren ausscheidet.

In einer vom National Institutes of Health (NIH) durchgeführtem Studie wurden sieben Freiwilligen zunächst mit einer ascorbinsäurearmen Diät ernährt und so ihre körpereigenen Vorräte an Vitamin C aufgebraucht. Als diese danach wieder mit Vitamin C versorgt wurden, begann die renale (über die Niere) Ausscheidung an unverändertem Vitamin C ab etwa 100 mg/Tag. Die Zufuhr über 400 mg/Tag wurde – soweit überhaupt im Darm aufgenommen (die Resorption von Megadosen senkt die Resorptionsquote deutlich) – praktisch vollständig renal ausgeschieden. Ab etwa 1 g pro Tag steigen die Oxalat- und sekundär auch die Harnsäure-Konzentrationen im Blutplasma.^[17] Da ein Teil der Ascorbinsäure im Stoffwechsel zu Oxalsäure umgesetzt wird, besteht bei entsprechend disponierten Menschen ein erhöhtes Risiko für Calciumoxalat-Nierensteine (CaC₂O₄). Schon bei normaler Zufuhr stammen etwa 30 bis 50 % des Plasmaoxalats aus dem Vitamin-C-Abbau.

Hohe orale Einzeldosen können einen vorwiegend osmotisch bedingten Durchfall auslösen. Die jeweilige Dosis variiert von Person zu Person, wird aber von Robert Cathcart mit ca. 5–15 g (1–3 gehäufte Teelöffel) für eine gesunde Person angegeben.^[18] Zu erwähnen ist allerdings auch, dass diese Toleranzgrenze bei Individuen, die an schweren Erkrankungen leiden, bis auf über 200 g ansteigen kann.

Bei Menschen mit Glucose-6-Phosphatdehydrogenase-Mangel (G6PD-Mangel, Favismus), einer insbesondere in Afrika sehr weit verbreiteten, erblichen Krankheit, können intravenöse Vitamin-C-Dosen, ca. 30–100 g pro Infusion, zur Hämolyse führen.^[19] Allerdings ist dieses Problem noch nicht aufgetreten.

Häufig wird Vitamin C, besonders wenn auf nüchternen Magen konsumiert, mit Indigestion durch Übersäuerung des Magens in Verbindung gebracht. Dies kann unter anderem vermieden werden indem Vitamin C nicht als Ascorbinsäure, sondern als Ascorbat (Salz der Ascorbinsäure, z. B. Natrium-Ascorbat) aufgenommen wird. Dies kann zum Beispiel durch die Zugabe von Backpulver (NaHCO₃) erreicht werden. Studien haben allerdings gezeigt, dass die Resorption von Vitamin C erhöht wird, wenn es zu Fruchtsäften wie z.B. Orangensaft gemischt wird.

Bei der Ratte liegt der LD₅₀-Wert (die Dosis, bei der die Hälfte der Versuchsobjekte sterben) für Vitamin C bei 11,9 g pro Kilogramm Körpergewicht, bei der Maus bei 3,37 g (jeweils oral).^[20] Das entspricht bei einem 60 kg schweren Menschen einer Dosis von 714 g.

Therapeutisch und prophylaktisch eingesetzt wird die Überdosierung von Vitamin C z. B. bei Harnwegsinfektionen. Durch die renale Ausscheidung der Ascorbinsäure wird der Urin sauer. In diesem sauren Milieu können die Erreger deutlich schlechter gedeihen.^[21]

[Bearbeiten] Biosynthese

Die Bildung der Ascorbinsäure beginnt mit der Oxidation von UDP-D-Glucose zu UDP-D-Glucuronsäure durch das Enzym UDP-Glucose-Dehydrogenase. Oxidationsmittel ist dabei das NAD⁺.

Nach hydrolytischer Abspaltung des UDP bildet sich die D-Glucuronsäure, die durch regioselektive Reduktion durch die Glucuronsäure-Reduktase und NADPH+H⁺ in L-Gulonsäure überführt wird. Der Lactonisierung (Ringbildung) mittels Gulonsäure-Lactonase zum L-Gulofuranolacton folgt die selektive Oxidation mit Sauerstoff und L-Gulono-γ-lacton-Oxidase^[22] zur Ascorbinsäure. Primaten sowie Meerschweinchen fehlt dieses Enzym wegen eines genetischen Defekts, so dass sie deshalb Ascorbinsäure nicht synthetisieren können.^[23] Man geht davon aus, dass die genetische Mutation bei Primaten vor etwa 65 Millionen Jahren auftrat^[23]. Da jene Primaten in einer Gegend angesiedelt waren, die ganzjährig reich an Vitamin-C-haltigen Früchten war, hatte dieser an sich letale Defekt keine so negativen Auswirkungen, dass zu viele Exemplare der betroffenen Spezies vor Erreichen des fortpflanzungsfähigen Alters daran gestorben wären.

[Bearbeiten] Chemische Eigenschaften

[Bearbeiten] Struktur

Ascorbinsäure enthält mehrere Strukturelemente, die zu ihrem chemischen Verhalten beitragen: eine Lactonstruktur, zwei enolische Hydroxylgruppen sowie eine sekundäre und eine primäre Alkoholgruppe. Die Endiol-Struktur bedingt die reduzierenden (antioxidativen) Eigenschaften der Ascorbinsäure, da Endiole leicht zu Diketonen oxidiert werden können:

Endiole mit benachbarter Carbonylgruppe nennt man daher auch Reduktone.

Ascorbinsäure bildet zwei intramolekulare Wasserstoffbrückenbindungen (in untenstehender Abbildung rot eingezeichnet), die maßgeblich zur Stabilität und damit zu den chemischen Eigenschaften der Endiol-Struktur beitragen.

[Bearbeiten] Acidität

Obwohl Ascorbinsäure keine der „klassischen“, sauren funktionellen Gruppen (Carbonsäure, Sulfonsäure, Phosphonsäure, etc.) aufweist, ist sie beträchtlich sauer. Mit einem pK_s-Wert von 4,2 ist sie sogar stärker sauer als Essigsäure (pK_s = 4,8).

Dies ist zum Einen auf die Endiol-Struktur zurückzuführen. Enole sind bereits deutlich saurer als Alkohole. Zusätzlich wird die Azidität bei Ascorbinsäure durch die zweite enolische OH-Gruppe und durch die benachbarte Carbonylgruppe noch verstärkt. Zum Anderen wird das nach Abspaltung des Protons entstehende Enolat-Anion mittels Keto-Enol-Tautomerie stabilisiert. Die dann bestehende negative Ladung am Sauerstoff wird dabei sowohl über die Doppelbindung zwischen den beiden Kohlenstoffatomen, als auch über die Carbonylfunktion delokalisiert, also verteilt, und somit stabilisiert.

Strukturell könnte man diese Gruppierung auch als vinyloge Carbonsäure auffassen, d. h. als eine Carbonsäure-Funktion mit „eingeschobener“ C-C-Doppelbindung zwischen Carbonylgruppe und OH-Gruppe.

Die andere enolische OH-Gruppe (in den Strukturformeln rechts unten) hat nur schwach saure Eigenschaften (pK_s = 11,8), da hier das Anion weniger mesomere Grenzstrukturen zur Stabilisierung ausbilden kann.

[Bearbeiten] Säurerest

Das Säurerest-Ion der Ascorbinsäure nennt sich Ascorbat^[24]. Es entsteht bei der Protolyse durch Übertragung eines Wasserstoff-Ions (H⁺, Proton) auf ein protonierbares Lösungsmittel, etwa Wasser. Deswegen lautet seine Summenformel C₆H₇O₆⁻. Die Reaktion ist eine Gleichgewichtsreaktion:

$\mathrm{C_6H_8O_6 \ + \ H_2O \ \rightleftharpoons \ C_6H_7O_6^- + H_3O^+}$ .

Ascorbinsäure reagiert mit Wasser zu Ascorbat und einem Oxonium-Ion.

[Bearbeiten] Antioxidative Wirkung

Die wichtigste Funktion der Ascorbinsäure im menschlichen Organismus beruht auf ihrer Eigenschaft als Reduktionsmittel. Sie ist also in der Lage Elektronen auf andere Moleküle zu übertragen.

Man kann zwei grundsätzliche Aufgaben unterscheiden:

[Bearbeiten] Ascorbinsäure als Radikalfänger (Scavenger)

Ascorbinsäure dient im tierischen Organismus als Radikalfänger, da es in der Lage ist eben solche auf andere Moleküle zu übertragen. Die Grafik zeigt nicht den tatsächlichen Reaktionsmechanismus, sondern schematisch die Fähigkeit der Ascorbinsäure, unter Reaktion zur Dehydroascorbinsäure zwei Radikale freisetzen zu können:

Bei der Verstoffwechslung des Sauerstoffs in der Zelle kann es zur Bildung des Hyperoxideradikals O₂^·− kommen, wenn der molekulare Sauerstoff O₂ bei der Endreaktion der Atmungskette statt vier nur ein Elektron erhalten hat. Das Hyperoxideradikal ist aufgrund dieses Elektronenmangels extrem reaktiv und in der Lage molekulare Zellstrukuren zu schädigen. Die Reaktion mit Ascorbinsäure überführt dieses in Wasserstoffperoxid:^[25]

AscH₂ + H⁺ + O₂^·− → H₂O₂ + AscH^·

Das Wasserstoffperoxid wird von dem Enzym Katalase abgebaut.^[25]

[Bearbeiten] Ascorbinsäure als Cofaktor in Redoxreaktionen

Wie bereits erwähnt, ist die Ascorbinsäure in der Lage ein stabiles Enolatanion zu bilden. Dieses ist in der Lage formal ein Hydridanion auf eine andere Spezies zu übertragen.^[26]^[27]

Schematische Darstellung der Reaktion der Ascorbinsäure zur Dehydroascorbinsäure unter formaler Freisetzung eines Hydridanions:

Von Bedeutung ist diese Eigenschaft beispielsweise bei der Synthese von Collagen im menschlichen Stoffwechsel. Zur Darstellung dieses Strukturproteins muss die Aminosäure Prolin zu ihrer oxidierten Form, Hydroxyprolin, umgewandelt werden. Ascorbinsäure dient dazu, das in dieser Reaktion genutzte Oxidationsmittel Fe(II), zu regenerieren. Besteht ein Mangel an Vitamin C, kann die Bildung des Hydroxyprolins bei der Collagensynthese nur begrenzt erfolgen, so dass die typischen Symptome der Skorbut wie Zahnfleischbluten, Zahnausfall und Hautschäden auftreten.

[Bearbeiten] Dehydroascorbinsäure

L-Dehydroascorbinsäure (links), das Monohydrat (mitte) und das Dihydrat (rechts)^[28]

L-Dehydroascorbinsäure (englisch dehydro ascorbic acid, DHA) entsteht durch Oxidation von Ascorbinsäure. Im menschlichen Metabolismus kann sie zu L-Ascorbinsäure reduziert werden und damit zur Vitamin-C-Versorgung beitragen. Dehydroascorbinsäure liegt als Monohydrat (mono-DHA·H₂O) oder als wasserfreies bis-DHA vor. Jedoch werden auch Semi-Dehydroascorbinsäure sowie oxidierte Formen veresterter Ascorbinsäuren zur Gruppe der Dehydroascorbinsäure gezählt.

Generell wird Vitamin-C in Form von DHA durch Glucosetransporter, hauptsächlich GLUT1, in die Mitochondrien der Zellen transportiert, da nur sehr wenige Zellen über spezifische Vitamin C-Transporter verfügen.^[29] Insbesondere das Gehirn ist auf eine Versorgung von Ascorbinsäure angewiesen, das Vitamin kann jedoch nicht die Blut-Hirnschranke passieren.^[30] Dieses Problem wird dadurch umgangen, dass Dehydroascorbinsäure auch durch Glucosetransporter, z. B. GLUT1, durch die Schranke transportiert und in den Gehirnzellen zu Ascorbinsäure reduziert wird.

DHA ist instabiler als L-Ascorbinsäure. Je nach Reaktionsbedingungen^[31] (pH-Wert, An- bzw. Abwesenheit von Oxdiationsmitteln wie Glutathion) kann es entweder wieder zurück in Ascorbinsäure umgewandelt werden, oder zu Diketogulonsäure (DKG) irreversibel hydrolysieren.^[32]

[Bearbeiten] Stereochemie

Isomere Formen

Ascorbinsäure existiert in vier verschiedenen stereoisomeren Formen, die optische Aktivität aufweisen, da das 4. und 5. C-Atom jeweils Asymmetriezentren sind:

L-Ascorbinsäure
D-Ascorbinsäure
L-Isoascorbinsäure
D-Isoascorbinsäure

Die Moleküle L- und D-Ascorbinsäure verhalten sich wie Bild und Spiegelbild zueinander, sie sind Enantiomere, ebenso die L- und die D-Isoascorbinsäure.

L-Ascorbinsäure und D-Isoascorbinsäure sowie D-Ascorbinsäure und L-Isoascorbinsäure sind Epimere, sie unterscheiden sich jeweils in der Konfiguration nur eines C-Atoms. Trotz dieser geringen Unterschiede sind die Stereoisomere der L-Ascorbinsäure im Körper fast alle inaktiv, da die am Stoffwechsel beteiligten Enzyme spezifisch L-Ascorbinsäure erkennen. Lediglich die D-Isoascorbinsäure weist eine geringe Wirkung auf.

[Bearbeiten] Nachweis

Der quantitative Nachweis von Ascorbinsäure lässt sich unter anderem durch Titration mit Tillmans' Reagenz (2,6-Dichlorphenolindophenol, abgekürzt DCPIP) durchführen, bei der das Reagenz durch die Ascorbinsäure zu einer Leukoverbindung reduziert wird. Dabei ist ein Farbumschlag von tiefblau zu farblos zu sehen.

[Bearbeiten] Quellen

↑ ^a ^b ^c ^d Eintrag zu Ascorbinsäure in der GESTIS-Stoffdatenbank des BGIA, abgerufen am 18. Juli 2008 (JavaScript erforderlich)
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[Bearbeiten] Literatur

Hans K. Biesalski, Josef Köhrle, Klaus Schümann: Vitamine, Spurenelemente und Mineralstoffe. Prävention und Therapie mit Mikronährstoffen., Thieme, Stuttgart 2002, ISBN 3-13-129371-3.
Linus Pauling: Linus Paulings Vitamin-Programm. Plädoyer für ein gesundes Leben. Bertelsmann, 1990, ISBN 3-570-02671-X
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[Bearbeiten] Weblinks

Wiktionary: Ascorbinsäure – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen und Grammatik

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