| Strukturformel | |||||||||
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| L-Ascorbinsäure | |||||||||
| Allgemeines | |||||||||
| Trivialname | Vitamin C | ||||||||
| Andere Namen | |||||||||
| Summenformel | C6H8O6 | ||||||||
| CAS-Nummer | 50-81-7 | ||||||||
| PubChem | 5785 | ||||||||
| ATC-Code | |||||||||
| DrugBank | DB00126 | ||||||||
| Kurzbeschreibung | weißes, geruchloses, kristallines Pulver[3] | ||||||||
| Vorkommen | Obst, Gemüse, Grüner Tee | ||||||||
| Physiologie | |||||||||
| Funktion | Radikalfänger, Cofaktor bei Mono- und Dioxidasereaktionen (insbes. Biosynthese von Collagen), Komplexierung von Metallkationen | ||||||||
| Täglicher Bedarf | 95 mg (Frauen) 110 mg (Männer)[4] | ||||||||
| Folgen bei Mangel | Skorbut(Morbus Möller-Barlow), Schwächung des Bindegewebes | ||||||||
| Überdosis |
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| Eigenschaften | |||||||||
| Molare Masse | 176,13 g·mol−1 | ||||||||
| Aggregatzustand | fest | ||||||||
| Dichte | 1,65 g·cm−3 (20 °C)[3] | ||||||||
| Schmelzpunkt | |||||||||
| pKs-Wert | 4,25[7] | ||||||||
| Löslichkeit | gut wasserlöslich (333 g·l−1 bei 20 °C)[3] | ||||||||
| Sicherheitshinweise | |||||||||
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| Toxikologische Daten | |||||||||
| Soweit möglich und gebräuchlich, werdenSI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten beiStandardbedingungen. | |||||||||
Ascorbinsäure ist ein farb- und geruchloser, kristalliner, gut wasserlöslicherFeststoff mitsaurem Geschmack. Sie ist eineorganische Säure, genauer einevinylogeCarbonsäure; ihre Salze heißenAscorbate. Ascorbinsäure gibt es in vier verschiedenenstereoisomeren Formen,biologische Aktivität weist jedoch nur dieL-(+)-Ascorbinsäure auf. Eine wichtige Eigenschaft ist beim Menschen und einigen anderenSpezies diephysiologische Wirkung alsVitamin. Ein Mangel kann sich bei Menschen alsSkorbut manifestieren. Der Name ist daher abgeleitet von derlateinischen Bezeichnung der Krankheit,scorbutus, mit der verneinenden Vorsilbea- (weg-, un-), also die ‚antiskorbutische‘ Säure. Da Ascorbinsäure leichtoxidierbar ist, wirkt sie alsRedukton und wird alsAntioxidans eingesetzt.
DieL-(+)-Ascorbinsäure und ihre Ableitungen (Derivate) mit gleicher Wirkung werden unter der BezeichnungVitamin C zusammengefasst.[8] Der Sammelbegriff Vitamin C umfasst daher auch Stoffe, die im Körper zuL-(+)-Ascorbinsäure umgesetzt werden können, wie zum Beispiel dieDehydroascorbinsäure (DHA).
Skorbut war bereits im 2. Jahrtausend v. Chr. imAlten Ägypten alsKrankheit bekannt. Auch der griechischeArztHippokrates und derrömische AutorPlinius berichten darüber.
Bis ins 18. Jahrhundert war Skorbut die häufigste Todesursache auf Seereisen. Im Jahre 1747 untersuchte der britische SchiffsarztJames Lind diese Krankheit. Er teilte zwölf Seeleute, die unter Skorbut litten, in sechs Gruppen zu je zwei Personen. Jeder Gruppe erhielt zusätzlich zu den üblichen Nahrungsrationen einen weiteren speziellen Nahrungsmittelzusatz, darunterObstwein,Schwefelsäure,Essig,Gewürze undKräuter,Seewasser sowieOrangen undZitronen. Er stellte fest, dass die Gruppe, welche dieZitrusfrüchte erhielt, eine rasche Besserung zeigte. Im Jahr 1757 veröffentlichte Lind dieses Resultat. Doch erst 1795 ließ die britische Marine die Nahrungsrationen auf See mitZitronensaft ergänzen. Zusätzlich wurdenSauerkraut undMalz zur Skorbutprävention eingesetzt. Lange Zeit wurde behauptet, dass Skorbut die Folge einer speziellen bakteriellen Erkrankung,Vergiftung, mangelnderHygiene oder Überarbeitung sei.
Der EngländerGeorge Budd vermutete bereits 1842, dass in der Nahrung spezielle essentielle Faktoren enthalten sein müssen. Fehlen diese, würden erkennbare Mangelerscheinungen auftreten. Diese Entwicklungen gerieten wieder in Vergessenheit, als die Reisedauer durch das Aufkommen derDampfschifffahrt stark verkürzt wurde und dadurch die Gefahr des Mangels sank. Außerdem führte die fehlende exakte Identifikation des Vitamins dazu, dass wirksamer frischerOrangensaft durch billigeren gekochtenLimettensaft ersetzt wurde. Zuletzt machte Ende des 19. Jahrhunderts die sogenanntePtomain-Theorie von sich reden, die eineNahrungsmittelvergiftung für den Skorbut verantwortlich machte. So kam es, dass auf den großen Polarexpeditionen wieder der Skorbut Einzug hielt, der zwar mit frischen Lebensmitteln geheilt werden konnte, aber es hatte zunächst niemand ein korrektes Konzept für die Vorbeugung. Betroffen waren insbesondere die britische Arktisexpedition 1875–1876, die Jackson-Harmsworth-Expedition 1894–1897, ScottsDiscovery-Expedition 1901–1904 und dieTerra-Nova-Expedition 1910–1913.[9]
Im Jahr 1907 entdeckten zwei norwegische Ärzte zufällig ein Tiermodell zur Erforschung des Skorbuts:Axel Holst undTheodor Frølich studierten ursprünglich den „Schiffs-Beriberi“ der Schiffsbesatzungen der norwegischen Fischereiflotte, und zwar anhand von Tauben als Versuchstiere. Sie gaben späterMeerschweinchen dasselbe Futter aus Getreide und Mehl, die jedoch unerwarteterweise mit Skorbutsymptomen reagierten. Somit beobachteten Holst und Frølich erstmals den Skorbut, der bis dahin nur bei Menschen beobachtet wurde, an Tieren. Sie zeigten ferner, dass durch bestimmte Futterzusätze die Krankheit bei den Meerschweinchen geheilt werden konnte. Damit leisteten sie einen wesentlichen Beitrag zur Entdeckung des Vitamins C, was zwischen 1928 und 1934 u. a. den UngarnAlbert Szent-Györgyi und den AmerikanerCharles Glen King gelang.[10]
Im Jahr 1912 entdeckte der BiochemikerCasimir Funk nach Studien zu der MangelerkrankungBeriberi, dass diese durch das Fehlen der chemischen SubstanzThiamin (Vitamin B1) verursacht wurde. Er prägte dafür das Kunstwort „Vitamin“, eine Zusammensetzung ausvita (Leben) undAmin (Aminogruppe). In Bezug auf Skorbut vermutete er fälschlicherweise einen ähnlichen Amino-Faktor und bezeichnete diesen als „Antiskorbut-Vitamin“ (heute: Vitamin C). Tatsächlich enthält Vitamin C keine chemische Aminogruppe, dennoch ist die Bezeichnung bis heute geblieben.
Im Jahr 1921 gab der BiochemikerSylvester Zilva einer Mischung von aus Zitronensaft isolierten Substanzen, die in der Lage war, Skorbut zu heilen, die BezeichnungVitamin C.[11] Bereits 1927 gelang es dem ungarischen WissenschaftlerAlbert von Szent-Györgyi Nagyrápolt, Vitamin C aus derNebenniere,Orangensaft beziehungsweiseWeißkohl zu isolieren. Die so isolierte Ascorbinsäure sandte er Zilva zu, der diese aber nach Analyse fälschlicherweise nicht als Vitamin C erkannte. Durch diesen Fehler verzögerte sich die Identifikation von Ascorbinsäure als Vitamin C um mehrere Jahre. In den 1920er Jahren verfehlten auch andere, wie zum Beispiel der WissenschaftlerKarl Paul Link oder Oberst Edward B. Vedder, den Nachweis dafür, dass Ascorbinsäure Skorbut heilen kann und dass Ascorbinsäure das postulierte Vitamin C ist.
Zwischen 1928 und 1934 gelang es Szent-Györgyi sowieJoseph L. Svirbely und unabhängig davonCharles Glen King mit seinen Mitarbeitern, durch Kristallisationsversuche die für die Heilung von Skorbut verantwortliche Substanz zu isolieren.Im Jahr 1931 isolierten King und Svirbely kristallines Vitamin C ausZitronensaft und erkannten, dass diese Skorbut heilen kann und die physikalischen und chemischen Eigenschaften der damals noch kaum charakterisierten sogenanntenHexuronsäure,[12] der heutigen Ascorbinsäure, teilte. Szent-Györgyi wollte diese Säure zunächst „Ignose“ nennen (vonignosco), da sie trotz vieler Wissenslücken mitHexosen verwandt war. Dieser Name wurde aber nicht akzeptiert. Da die Anzahl der Kohlenstoffatome (sechs C-Atome) bekannt war und die Substanz sich wie eine Säure verhält, wurde der NameHexuronsäure von Szent-Györgyi eingeführt. Svirbely wechselte bald als Mitarbeiter zu Szent-Györgyi. Sie bewiesen, dass die bisher isolierten Substanzen mit Skorbut heilenden Eigenschaften (Vitamin C) mit der Hexuronsäure übereinstimmten. Damit stellte Szent-Györgyi fest, dass diese das lang gesuchte Vitamin C ist.
Die Struktur dieser damals noch Hexuronsäure genannten Verbindung wurde 1933 schließlich durch die Arbeiten vonWalter Norman Haworth und dessen damaligen AssistentenEdmund Hirst aufgeklärt. Szent-Györgyi und Haworth änderten den Namen der Hexuronsäure schließlich inL-Ascorbinsäure, der bis heute akzeptiert wird. 1934 gelang Haworth undTadeus Reichstein erstmals die Synthese künstlicherL-Ascorbinsäure aus Glucose.[13] Haworth erhielt 1937 für seine Forschungen am Vitamin C denNobelpreis für Chemie, Szent-Györgyi den fürMedizin. Seit 1967 propagierteLinus Pauling die Verwendung hoher Dosen von Ascorbinsäure als Vorbeugung gegenErkältungen undKrebs, wofür jedochEvidenzen fehlen. Pauling selbst nahm zeitweise 18 g pro Tag ein[14] und starb 1994 im Alter von 93 Jahren an Prostatakrebs.
Die industrielle Herstellung von Vitamin C begann 1934 durchRoche in der Schweiz (Redoxon), der damalige ForschungsleiterMarkus Guggenheim war jedoch über den tatsächlichen Bedarf und den Nutzen skeptisch.[15] Die Nachfrage danach blieb anfangs gering.[16] Durch geschicktes Marketing und Ausnutzung von Ängsten (angeblicheUnterversorgung) konnte die Vermarktung aber angekurbelt werden.[17]
In derZeit des Nationalsozialismus (1933–45) förderten die Machthaber in Deutschland die Versorgung der Bevölkerung mit den damals gerade erst entdeckten Vitaminen sehr aktiv. Sie wollten so den „Volkskörper von innen stärken“, weil sie davon überzeugt waren, dass Deutschland denErsten Weltkrieg auch als Folge vonMangelernährung verloren hatte. InVitamin-Aktionen wurden Kinder, Mütter, Schwerstarbeiter und Soldaten mit Vitaminen versorgt, insbesondere mit Vitamin C. Nationalsozialistische Massenorganisationen wie dieDeutsche Arbeitsfront und dieReichsarbeitsgemeinschaft für Volksernährung organisierten die Produktion und Verteilung von Vitamin-C-Präparaten. Hausfrauen wurden dazu aufgerufen,Hagebutten undSanddorn zu sammeln, aus denen Brotaufstriche und andere Vitaminpräparate für dieWehrmacht hergestellt wurden. Noch 1944 bestellte die Wehrmacht 200 Tonnen Vitamin C, unter anderem beiRoche.[16]
In der Nahrung kommt Vitamin C vor allem inObst undGemüse vor.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). Rotkraut, Weißkraut und Sauerkraut sind ebenfalls Vitamin-C-Lieferanten. Sauerkraut war lange Zeit in der Seefahrt von Bedeutung, wo ein haltbares Vitamin-C-reiches Nahrungsmittel benötigt wurde. Die höchsten natürlichen Vitamin-C-Konzentrationen wurden in derBuschpflaume und imCamu-Camu gefunden. InSauerkraut undKohlgemüse ist Ascorbinsäure in Form vonAscorbigen A undB (C-2-Scatyl-L-ascorbinsäure) gebunden.[18] Wird das Gemüse gekocht, zerfallen die Moleküle inL-Ascorbinsäure und3-Hydroxyindol, sodass es in gekochtem Zustand mehr Vitamin C enthalten kann als im rohen Zustand. Durch zu langes Kochen gelangt das Vitamin verstärkt in das Kochwasser. Viele Gemüsearten enthalten Ascorbinsäure-Oxidase, die insbesondere durch Zerkleinern mit dem Vitamin in Berührung kommt und dieses oxidiert. Das führt zum Beispiel bei Rohkost, die nicht sofort verzehrt wird, zu erheblichen Vitamin-C-Verlusten.
Die meisten Säugetierarten sind in der Lage, Vitamin-C über bestimmte Enzyme in der Leber selbst herzustellen. Eine Ausnahme bilden hier diehöheren Primaten, zu denen auch der Mensch gehört. Bei diesen verloren die Leber-Enzyme im Laufe der Evolution ihre Funktion, so dass höhere Primaten auf eine externe Vitamin-C-Zufuhr angewiesen sind.[19] Weitere Säugetiere, die die Fähigkeit zur Eigensynthese verloren haben, sind Meerschweinchen und fruchtfressende Fledermäuse.[20] Schweine und Rinder sind jedoch nicht davon betroffen, so dass derenLeber beim Verzehr neben zahlreichen anderen Vitaminen auch Vitamin C liefert.[21]
Die folgenden Angaben dienen nur der Orientierung, die tatsächlichen Werte hängen stark von der Sorte der Pflanze, der Bodenbeschaffenheit, dem Klima während des Wachstums, der Lagerdauer nach der Ernte, den Lagerbedingungen und der Zubereitung ab. DasWeizenkorn enthält zum Beispiel kein Vitamin C, sondern dies entsteht erst bei der Keimung.[22]
Vitamin-C-Gehalt in Obst- und Gemüsesorten je 100 g (nach absteigendem Vitamin-C-Gehalt geordnet):
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Vitamin-C-Gehalt in tierischen Produkten je 100 g (nach absteigendem Vitamin-C-Gehalt geordnet):
Die Jahresproduktion an Ascorbinsäure lag 2006 weltweit bei etwa 80.000 Tonnen[27] und hat sich damit seit 1999 mehr als verdoppelt.[28][29] Marktführer war lange Zeit die SchweizerHoffmann-La Roche (30 % Weltumsatz), gefolgt vomBASF-NEPG-Kartell (auch etwa 30 %) und der FirmaMerck. Im Jahr 2002 hat Hoffmann-La Roche seine Vitaminsparte für 3,4 MilliardenSchweizer Franken, etwa 2,1 Milliarden Euro, an die niederländischeKoninklijke DSM verkauft.
Der größte Produzent von Ascorbinsäure ist heute dieVolksrepublik China, wo sie ausschließlich biotechnologisch produziert wird.[30]
Ascorbinsäure kann ausC5-Zuckern wieL-Xyloson,L-Lyxose,L-Xylose undL-Arabinosesynthetisiert werden. Für die großtechnische Synthese dagegen wird in der chemischen Industrie aus der AusgangssubstanzD-Glucose – einerHexose – über die Stufe desSorbitols kristalline Ascorbinsäure, Natriumascorbat (E 301), Calciumascorbat (E 302) und Ascorbylmonophosphat hergestellt. Die 1934 entdeckteReichstein-Synthese bildet die Grundlage der industriellen, chemisch-mikrobiologischen 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 modified organism: „gentechnisch veränderter Organismus“) bezeichnet. GMO-Ascorbinsäure ist preiswerter; nach diesem Verfahren wird weltweit der größere Teil hergestellt.
ImSonoyama-Verfahren wird Ascorbinsäure ausD-Glucose hergestellt.[31] Dabei wird dieses zunächst durchPantoea agglomerans zu 2,5-Dioxo-D-Gluconsäure oxidiert. Ein zweiter Stamm,Aureobacterium sp., reduziert das Produkt zu 2-Oxo-L-Gulonsäure, das dann wie bei der Reichstein-Synthese zuL-Ascorbinsäure umgesetzt wird. Es wird versucht,P. agglomerans-Stämme gentechnisch so zu verändern, dass diese aus Glucose in einem einstufigen mikrobiellen Verfahren 2-Oxo-L-Gulonsäure herstellen.[32]
Ascorbinsäure bildet unter Normalbedingungen farblose Kristalle, die gegen Licht, Wärme und Luft beständig sind. Der Schmelzpunkt liegt bei 190–192 °C. Das Schmelzen erfolgt unter Zersetzung. In fester Phase bildet Ascorbinsäure zwei intramolekulare Wasserstoffbrückenbindungen, die maßgeblich zur Stabilität und damit zu den chemischen Eigenschaften der Endiol-Struktur beitragen.
Ascorbinsäure kristallisiert immonoklinen Kristallsystem mit denGitterparametern a = 1730 pm, b = 635 pm, c = 641 pm, β = 102°11´. Die vier Moleküle derEinheitszelle sind paarweise durch Pseudoschraubenachsen verbunden. Die Moleküle bestehen aus einem Fünfring und der Seitenkette, wobei die Endiolgruppe planar ist.[33] Infolge der guten Wasserlöslichkeit des Vitamins können die Verluste je nach Art und Dauer der Zubereitung in Lebensmitteln bis zu 100 % betragen.[34]
Ascorbinsäure enthält mehrere Strukturelemente, die zu ihrem chemischen Verhalten beitragen: eineLactonstruktur, zweienolischeHydroxygruppen sowie eine sekundäre und eine primäreAlkoholgruppe. Der Lactonring ist nahezu planar.[7]
Ascorbinsäure hat zwei asymmetrische Kohlenstoffatome (C4 und C5) und existiert damit in vier verschiedenenstereoisomeren Formen, dieoptische Aktivität aufweisen. Die MoleküleL- undD-Ascorbinsäure verhalten sich wie Bild und Spiegelbild zueinander, sie sindEnantiomere, ebenso dieL- und dieD-Isoascorbinsäure.L-Ascorbinsäure undD-Isoascorbinsäure sowieD-Ascorbinsäure undL-Isoascorbinsäure sindEpimere, sie unterscheiden sich in der Konfiguration nur eines Kohlenstoffatoms. Trotz dieser geringen Unterschiede sind die Stereoisomere derL-Ascorbinsäure im Körper fast alle inaktiv, da die amStoffwechsel beteiligtenEnzyme spezifischL-Ascorbinsäure erkennen. Lediglich dieD-Isoascorbinsäure (E 315) weist eine geringe Wirkung auf.
Obwohl Ascorbinsäure keine der „klassischen“ sauren funktionellenCarbonsäure-,Sulfonsäure- oderPhosphonsäuregruppen aufweist, ist sie beträchtlich sauer. Mit einempKs-Wert von 4,25[7] ist sie saurer alsEssigsäure mit pKs = 4,8. Sie liegt damit unter physiologischen Bedingungen alsAscorbat-Anion AscH− vor.
Dies ist zum einen auf die Endiol-Struktur zurückzuführen. Enole sind bereits deutlich saurer als Alkohole. Zusätzlich wird dieAcidität bei Ascorbinsäure durch die zweite enolischeHydroxygruppe und durch die benachbarteCarbonylgruppe noch verstärkt. Zum anderen wird das nach Abspaltung desProtons entstehendeEnolat-Anion mittelsKeto-Enol-Tautomerie stabilisiert. Die dann am Sauerstoff bestehende negative Ladung wird dabei sowohl über die Doppelbindung zwischen den beiden Kohlenstoffatomen als auch über die Carbonylfunktion delokalisiert, also verteilt und somit stabilisiert. Strukturell könnte diese Gruppierung als vinyloge Carbonsäure aufgefasst werden, das heißt als eineCarbonsäure-Funktion mit „eingeschobener“ Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung zwischen Carbonylgruppe und Hydroxygruppe. Die Endiol-Struktur bedingt diereduzierenden (antioxidativen) Eigenschaften der Ascorbinsäure, da Endiole leicht zu Diketonen oxidiert werden können. Endiole mit benachbarter Carbonylgruppe heißen daher auchReduktone.
Die andere enolische Hydroxygruppe hat nur schwach saure Eigenschaften (pKs = 11,79[7]), da hier das Anion weniger mesomere Grenzstrukturen zur Stabilisierung ausbilden kann. Nach Abgabe beider Protonen entsteht aus Ascorbinsäure ein Dianion (Asc2−). Die intermediäre Form, die durch Abgabe eines Elektrons und eines Protons entsteht (AscH.), ist eine sehr starke Säure (pKs = −0,45).[7] Sie hat wegen ihrer Kurzlebigkeit im Metabolismus keine Bedeutung.
DasSäurerest-Ion der Ascorbinsäure nennt sichAscorbat.[35] Es entsteht durch Übertragung eines Wasserstoffions (H+, Proton) auf ein protonierbares Lösungsmittel, etwaWasser. Deswegen lautet seineSummenformel C6H7O6−. Die Reaktion ist eineGleichgewichtsreaktion:
Ascorbinsäure ist in wässrigen Lösungen ein starkesReduktionsmittel. Hierbei kann es über Zwischenstufen zu Dehydroascorbinsäure (DHA) oxidiert werden. Dieser Prozess ist reversibel, so können beispielsweiseCystein,Dithiothreitol oder andereThiole DHA zurück zu Ascorbinsäure reduzieren. In der Reduktions- und Oxidationswirkung liegt eine wichtige Eigenschaft von Vitamin C in biologischen Systemen.
In kristalliner Form ist Ascorbinsäure relativ stabil gegenüber Oxidation durch Luftsauerstoff. In wässriger Lösung geschieht die Oxidation wesentlich rascher, wobei eine Temperaturerhöhung[36], eine Erhöhung despH-Wertes sowie die Anwesenheit vonSchwermetallionen diese beschleunigen. Säuren wieCitronensäure,Oxalsäure oderMetaphosphorsäure sowieKomplexbildner wie8-Hydroxychinolin wirken stabilisierend.[37] Bei der Zubereitung von Nahrungsmitteln durch Kochen werden durchschnittlich 30 % der enthaltenen Ascorbinsäure oxidiert.[38]
L-Dehydroascorbinsäure (englischdehydro ascorbic acid,DHA) entsteht durch Oxidation von Ascorbinsäure. Im menschlichen Metabolismus kann sie zuL-Ascorbinsäure reduziert werden und damit Vitamin C regenerieren. Dehydroascorbinsäure liegt in wässrigen Lösungen nahezu vollständig als Monohydrat (mono-DHA·H2O) vor. Dabei bildet es einen Bizyklus, was durchKernspinresonanzspektroskopie nachgewiesen wurde. Möglicherweise kann es noch ein zweites Molekül Wasser aufnehmen, um dann ein Dihydrat auszubilden.[39] Auch Semi-Dehydroascorbinsäure sowie oxidierte Formen veresterter Ascorbinsäuren werden zur Gruppe der Dehydroascorbinsäure gezählt.
Generell wird Vitamin C in Form von DHA durch Glucosetransporter, hauptsächlichGLUT-1, in die Mitochondrien der Zellen transportiert, da nur sehr wenige Zellen über spezifische Vitamin-C-Transporter verfügen.[40] Hierbei sind die meisten dieser Transporter Natriumionen-abhängig. Insbesondere das Gehirn ist auf eine Versorgung mit Ascorbinsäure angewiesen, das Vitamin kann jedoch nicht dieBlut-Hirn-Schranke passieren.[41] Dieses Problem wird dadurch umgangen, dass Dehydroascorbinsäure durch Glucosetransporter, zum BeispielGLUT1, durch die Schranke transportiert und in den Gehirnzellen zu Ascorbinsäure reduziert wird.
Es wird davon ausgegangen, dass Ascorbinsäure in Form von DHA intrazellulär transportiert wird. Hierbei soll extrazelluläre Ascorbinsäure zu DHA oxidiert, in die Zelle aufgenommen und dann wieder reduziert werden, da Ascorbinsäure selbst die Zelle nicht verlassen kann.[7] DHA ist instabiler alsL-Ascorbinsäure. Je nach Reaktionsbedingungen (pH-Wert, An- beziehungsweise Abwesenheit von Reduktionsmitteln wieGlutathion) kann es entweder wieder zurück in Ascorbinsäure umgewandelt werden oder zuDiketogulonsäure (DKG) irreversibel hydrolysieren.[42][43]
Ascorbinsäure findet hauptsächlich alsAntioxidans Verwendung. Sie wird vielenLebensmittelprodukten alsKonservierungsmittel oderUmrötungshilfsmittel, zum Beispiel bei der Herstellung von Brühwürstenzugesetzt, was in derZutatenliste des Lebensmittels mit E 300 zukennzeichnen ist.E-Nummern von Ascorbinsäurederivaten sind E 301 (Natriumascorbat), E 302 (Calciumascorbat), E 304a (Ascorbylpalmitat) und E 304b (Ascorbylstearat). NaturtrüberApfelsaft kann bei der Herstellung mit Ascorbinsäure versetzt werden und wird dadurch deutlich heller, weil es im natürlichen Saft vorhandeneChinone reduziert, die bei der Pressung durch Oxidation vonPhenolen mit Luftsauerstoff und demEnzym Polyphenoloxidase entstehen und eine braune Farbe bewirken. Ascorbylpalmitat wird zur Verhinderung derAutooxidation vonFetten eingesetzt und verhindert so, dass dieseranzig werden. Der Ascorbinsäurezusatz zuMehlen alsMehlbehandlungsmittel soll das Gashaltevermögen und das Volumen derTeige vergrößern. Dies lässt sich durch die Ausbildung zusätzlicherDisulfidbrücken zwischen denKleber-Strängen des Teiges erklären.[44] Auch im Pharma-Bereich dient Ascorbinsäure als Antioxidans zur Stabilisierung von Pharmaprodukten.
In der Küche wird Ascorbinsäure (in Rezepten meist als „Vitamin-C-Pulver“ bezeichnet) eingesetzt, damit geschnittenes Obst (meist Äpfel und Bananen) länger frisch bleibt und nicht braun wird.
Wegen ihrer reduzierenden Eigenschaft wird Ascorbinsäure vereinzelt als Entwicklungssubstanz in photographischenEntwicklern eingesetzt.
Zum Auflösen vonHeroinbase vor der Injektion wird oft Ascorbinsäure mit dem Heroin aufgekocht.
Vitamin C ist einRadikalfänger und hat eineantioxidative Wirkung (es wirkt also alsReduktionsmittel).
Weiterhin stellt Vitamin C ein wichtigesCoenzym für dieProlyl-4-Hydroxylase dar. DiesesEnzym wird bei derBiosynthese desProteinsKollagen benötigt. Es wandelt integrierteProlinreste in4-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 EnzymsLysylhydroxylase die Hydroxylierung vonL-Lysin zumHydroxylysin statt. Im Kollagen erfüllt dieses eine Funktion in derkovalentenQuervernetzung benachbarter Moleküle. Darüber hinaus kann Hydroxylysin im Kollagen und weiteren Proteinenglykosyliert werden, was zur Bildung vonGlykoproteinen führt.
Mangel an Vitamin C führt zu einer verminderten Aktivität der Prolyl-Hydroxylierung und der Lysyl-Hydroxylierung und damit zur Instabilität von Kollagen. Da Kollagen in praktisch allen Organen und Geweben des menschlichen und tierischen Organismus vorkommt, vor allem imBindegewebe, wird bei Mangel von Vitamin C Skorbut ausgelöst.
Bei der Hydroxylierung vonSteroiden ist Vitamin C ein wichtiger Cofaktor. Darüber hinaus spielt es eine wichtige Rolle beim Aufbau vonAminosäuren wie beispielsweise demL-Tyrosin. Auch bei der Umwandlung vonDopamin zuNoradrenalin, imCholesterin-Stoffwechsel (Ascorbinsäure spielt eine Rolle bei der Umwandlung von Cholesterol zu Gallensäure und senkt dadurch den Blut-Cholesterol-Gehalt),[45] der Serotoninsynthese und bei derCarnitinbiosynthese wird Ascorbinsäure benötigt.
MitNiacin undVitamin B6 steuert Vitamin C die Produktion vonL-Carnitin, das für dieFettverbrennung in derMuskulatur benötigt wird. Weiterhin begünstigt es die Eisenresorption imDünndarm.
Aufgrund der hohen Konzentration von Vitamin C im männlichen Sperma wird der Einfluss auf die Zeugungsfähigkeit derzeit untersucht. Vitamin-C-Gaben bei manchen unfruchtbaren Männern konnten vereinzelt die Spermienqualität erhöhen.[45]
Die Stimulation der körpereigenen Abwehr, die dem Vitamin C oft zugeschrieben wird, wird unter anderem durch einen Schutz derPhagozytenmembran vor oxidativer Selbstzerstörung erklärt.[46][47][48] Diese oxidative Selbstzerstörung kann sonst durch das bei der Phagozytose ausgelösteHalogenid-Peroxidase-System ausgelöst werden. Zudem wurde in Tierversuchen eine erhöhteInterferonproduktion sowie eine Aktivierung desKomplementsystems nach Gabe von Vitamin C beobachtet werden.[46] Generell wurde beiLeukozyten im Blut, die einen wichtigen Stellenwert in der Immunabwehr einnehmen, ein hoher Ascorbinsäuregehalt festgestellt.[49] Weiterhin scheint Vitamin C Einfluss auf zahlreiche weitere neutrophile Funktionen zu haben, wie dieChemotaxis, Aufnahme von Partikeln durch Phagozyten, Lysozym-beeinflusste nicht-oxidative Immunreaktion und die Stimulation desHexose-Monophosphat-Shunts.[50]
Der Stellenwert von Vitamin-C-Gaben zur Bekämpfung und Vorbeugung von Krankheiten wie derErkältung ist wissenschaftlich allerdings umstritten,[51][45] wobei größere Reviews einen generellen Trend sehen, dass während Vitamin C zwar keinen messbaren prophylaktischen Effekt bei saisonaler Erkältung hat, allerdings ein moderater positiver Effekt auf den Krankheitsverlauf beobachtet wurde. Dieser konnte in therapeutischen Studien allerdings nicht reproduziert werden.[52][53] Rezente Meta-Analysen zeigen, dassNahrungsergänzungsmittel mit Vitamin C bei Erkältungen weder prophylaktisch helfen noch die Genesung beschleunigen können.[54][55]
Bei Meta-Reviews vorhandener Studien wurden keine klinisch relevanten Effekte einer Vitamin-C-Supplementation bei Krebs beobachtet.[56][57][58] Auch bei schwer erkrankten Patienten auf derIntensivstation gibt es keine Evidenzen für einen Nutzen einer Vitamin-C-Gabe.[59] DieS3-Leitlinie zu komplementären Verfahren in der Onkologie spricht sich gegen die orale Gabe von Vitamin C in höheren Dosierungen bei onkologischen Patienten aus – sei es um tumortherapeutisch oder in der Sekundärprävention das Gesamt- oder progressionsfreie Überleben zu verlängern oder die therapieassoziierte Toxizität zu senken.[60] Für eine intravenöse Gabe hoher Mengen an Vitamin C liegen keine ausreichenden Daten zur Beurteilung einer Wirksamkeit vor.
L-Ascorbinsäure wirkt amNicotinrezeptor des Typs α9α10 alspositiver allosterischer Modulator. Hierdurch könnte es sich zur Akutbehandlung eines Schalltraumas empfehlen. Die wirksame Konzentration liegt bei 1–30 mM.[61]
Der Bedarf an Vitamin C wird zum Teil sehr kontrovers gesehen. Die Zufuhrempfehlung für einen gesunden Erwachsenen (ab 19 Jahren) beträgt laut Empfehlung derDeutschen Gesellschaft für Ernährung 95 mg/Tag für Frauen beziehungsweise 110 mg/Tag für Männer.[4] Die Meinungen hierüber gehen jedoch weit auseinander; die Empfehlungen anderer Gruppierungen liegen zwischen einem Bruchteil (zum Beispiel der Hälfte) und einem Vielfachen (zum Beispiel „so viel wie möglich“) dieses Wertes. Fest steht, dass Mengen bis zu 5000 mg kurzzeitig als unbedenklich gelten. Überschüssige Mengen werden vom Körper über denUrin ausgeschieden, da Vitamin C gut wasserlöslich ist (siehe auchHypervitaminosen).
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 derDGE-Empfehlung von 95 mg/Tag beziehungsweise 110 mg/Tag. Daher sind Vitaminpräparate für einen gesunden Menschen, der sich abwechslungsreich und vollwertig ernährt, überflüssig. Die Empfehlung für Schwangere und Stillende liegt bei 105 beziehungsweise 125 mg täglich. Für Raucher liegt die Empfehlung bei 135 mg/Tag für Frauen beziehungsweise 155 mg/Tag für Männer. Ursache für eine unzureichende Zufuhr ist meistens eine einseitige Ernährung. Dies betrifft vor allem Menschen, die nicht täglich frisches Obst und Gemüse verzehren.
Untersuchungen mit14C-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. Die Fachinformation des Bundesinstituts für Arzneimittel und Medizinprodukte (BfArM) gibt für Vitamin C einen täglichen Gesamtumsatz von etwa 1 mg/kg Körpergewicht an.
Für Vergleichszwecke interessant ist, dass fürMeerschweinchen, die wie der Mensch selbst kein Vitamin C produzieren können, eine Tagesdosis von 10 bis 30 mg empfohlen wird – bei einem Körpergewicht von nur etwa 0,8 bis 1,5 kg. Somit wird für Meerschweinchen zwischen etwa ein Neuntel bis ein Drittel der empfohlenen DGE-Dosis für Menschen empfohlen, sprich eine zigfach höhere Dosis pro Kilogramm Körpergewicht. Auch nichtmenschliche höhere Primaten, die kein Vitamin C produzieren können, nehmen 10- bis 20-mal höhere Dosen auf als die für den Menschen allgemein empfohlene Tagesdosis. Manche Vorschläge fürMegadosen Vitamin C reichen an die Tagesaufnahme eines Gorillas (etwa 2300 mg) heran. Im Gegensatz zu höheren Primaten und Meerschweinchenverwandten produzieren viele Tiere selbst Vitamin C. Große Hunde oder kleine Kälber, die etwa das Körpergewicht eines Menschen haben, stellen 1 bis 2 g täglich her, bei Krankheit bis zu 10 g.
Studien zur Pharmakokinetik von Vitamin C zeigen, dass eine volle Sättigung der Körperreserven mit Vitamin C (3000 mg) eine tägliche Zufuhr von 200 mg erfordert. Immunzellen wie Lymphozyten, Neutrophile und Monozyten werden bereits bei einer täglichen Aufnahme von 100 mg Vitamin C gesättigt. Die vollständige Plasmasättigung wird bei Zufuhr von 1000 mg Vitamin C pro Tag erreicht. Die Bioverfügbarkeit nimmt bei oraler Einnahme mit steigender Einzeldosis stark ab. 200 mg werden noch nahezu vollständig aufgenommen.[62] Aus diesem Grund ist es sinnvoller, mehrere Einzeldosen mit je 200 mg über den Tag verteilt zu sich zu nehmen, als einmalig 1000 mg.
Die Vitamin-C-Versorgung des Organismus spiegelt sich im Blutspiegel wider. Laut DGE sind geringere Konzentrationen als 20 µmol/l (0,35 mg/dl) mit vorklinischen Symptomen wie beispielsweise allgemeiner Müdigkeit, Leistungsschwäche, Infektanfälligkeit und schlechter Wundheilung verbunden. Offensichtliche klinische Mangelsymptome, die unter dem Begriff Skorbut zusammengefasst werden, treten erst bei Vitamin-C-Plasmaspiegeln unterhalb von 10 µmol/l (0,18 mg/dl) auf. Heute ist allgemein anerkannt, dass subklinische Vitamin-C-Defizite die Langzeitgesundheit negativ beeinflussen. Ein deutsches Konsensuspapier empfiehlt deshalb präventive Vitamin-C-Plasmaspiegel von mindestens 50 µmol/l (0,88 mg/dl) zur Verringerung des Arteriosklerose- und Krebsrisikos (DGE 2000). Die von der DGE empfohlene Vitamin-C-Tagesdosis von 95 mg beziehungsweise 110 mg bezieht sich ausschließlich auf Gesunde. Vitamin C ist eines der wichtigsten körpereigenen Antioxidantien. Ein Mehrbedarf bei Erkrankungen, die mit der Generierung von reaktiven Sauerstoffverbindungen (ROS) einhergehen, ist unbestritten. Er ist beim gegenwärtigen Stand der Erkenntnis nur noch nicht genau bezifferbar. Chronisch-entzündliche Erkrankungen wie beispielsweise Arthritis, Allergien, Arteriosklerose, Krebs oder rezidivierende Infektionen sind nachweislich mit einem subklinischen bis klinischen Vitamin-C-Mangel (unter 30 µmol/l oder 0,53 mg/dl) und oxidativem Stress verbunden.[63][64][65][66] Eine ständig zunehmende Anzahl epidemiologischer Studien zeigt den prophylaktischen Wert einer adäquatendiätetischen Vitamin-C-Aufnahme. Hier sind vor allem die Ergebnisse der EPIC-Studie zu nennen, die 2001 in der Zeitschrift „The Lancet“ publiziert wurden. Die Daten von fast 20.000 Männern und Frauen zeigten, dass eine Steigerung der Blutascorbatwerte um 20 µmol/l (0,35 mg/dl) eine 20%ige Reduktion der Mortalität mit sich brachte.[67]
| Klassifikation nachICD-11 | |
|---|---|
| 5B56 | Vitamin-C-Mangel |
| 5B56.0 | Skorbut |
| 3A03.2 | Skorbutanämie |
| 5B56.Y | Sonstiger näher bezeichneter Vitamin-C-Mangel |
| 5B56.Z | Vitamin-C-Mangel, nicht näher bezeichnet |
| ICD-11:Englisch •Deutsch (Entwurf) | |
Der BiochemikerAlbert Szent-Györgyi identifizierte 1933 das Vitamin C als wirksame Substanz gegenSkorbut.
Nur wenigeWirbeltiere, darunterTrockennasenprimaten (unter anderem der Mensch),Meerschweinchen undEchte Knochenfische sowie einigeFamilien in denOrdnungen derFledertiere undSperlingsvögel, sind nicht zur Biosynthese von Ascorbinsäure ausGlucuronsäure befähigt. Ihnen fehlt dasEnzymL-Gulonolactonoxidase.[68] Für diese Lebewesen ist Ascorbinsäure ein Vitamin, also essenziell. Für alle anderen Wirbeltiere ist Ascorbinsäure nur einMetabolit. Lebewesen, die nicht in der Lage sind, Ascorbinsäure selbst zu synthetisieren, müssen diese in ausreichender Menge über dieNahrung aufnehmen, um nicht an Skorbut zu erkranken. In frisch gelegten Hühnereiern fehlt zwar die Ascorbinsäure, sie wird jedoch ab Brutbeginn hauptsächlich von der Membran des Dottersacks synthetisiert.[69]
Das Umschalten desGLUT-1-Transporters auf Dehydroascorbat-Transport in Erythrozyten erfolgt mittels des MembranproteinsStomatin und dieser Prozess kommt nur in denjenigen Säugetieren vor, die nicht selbst Ascorbinsäure bilden können.[70][71]
Studien, die den tatsächlichen Vitamin-C-Gehalt im Blut des Menschen bestimmen, beobachten häufiger als bislang angenommen eine Unterversorgung: Die NHANES-III-Untersuchung von 1988 bis 1994 stellte fest, dass 10 bis 14 % der untersuchten Amerikaner an einer ernsten Unterversorgung (unter 11 µmol/l) und 17–20 % an einer subklinischen (11–28 µmol/l) Unterversorgung leiden – insgesamt also mehr als ein Viertel der Bevölkerung.[72] Die aktuelle NHANES-Erhebung für den Zeitraum 2003–2004 beobachtet eine erfreuliche Entwicklung: Eine ernste Unterversorgung betrifft nur noch 7,1 % der Bevölkerung. Einschneidend sind immer noch die Einkommensverhältnisse. Menschen mit niedrigem Einkommen leiden im Vergleich zu Gutverdienern doppelt so häufig an einer Unterversorgung (10–17 % versus 5–8 %). Zwei wesentliche Gründe für die insgesamt verbesserte Vitamin-C-Versorgung sind der Rückgang der Anzahl der Passivraucher, durch ein Rauchverbot in öffentlichen Einrichtungen und die zunehmende Einnahme von Vitaminpräparaten. Am subklinischen Mangel (unter 28 µmol/l) änderte sich kaum etwas – er trifft immer noch etwa 20 % der Amerikaner.[73] Der sozioökonomische Einfluss auf eine gesundheitsbewusste Ernährung wird in einer schottischen Untersuchung deutlich: 44 % der Menschen mit niedrigem sozioökonomischen Status wiesen Vitamin-C-Blutspiegel unter 23 µmol/l und 20 % unter 11 µmol/l auf.[66] Aber Nichtrauchen und gute Schulbildung schützen nicht automatisch vor einer Unterversorgung. Eine kanadische Studie bestimmte in der Zeit von 2004 bis 2008 die Vitamin-C-Blutspiegel von knapp 1000 Nichtrauchern im Alter von 20 bis 29 Jahren an einer Campus-Universität. Jeder Dritte zeigte einen subklinischen Vitamin-C-Mangel (unter 28 µmol/l) und jeder Siebte defizitäre Werte unterhalb der Skorbutgrenze (unter 11 µmol/l). Dabei korrelierte der Mangel mit Übergewicht, Bluthochdruck und Entzündungsparametern.[74]
Für Vitamin C ist dieHypervitaminose, wie sie beispielsweise beiVitamin A vorkommen kann, sehr selten, da der Körper einen Überschuss an Ascorbinsäure wieder über dieNieren ausscheidet. Wegen mangelnder Daten gibt dasBfR keineUL aus, definiert aber einen „Orientierungswert“ von 1000 mg Vitamin C pro Tag.[75]
In einer vomNational Institutes of Health (NIH) durchgeführten Studie wurden sieben Freiwillige 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/d. Die Zufuhr über 400 mg/d wurde – soweit überhaupt im Darm aufgenommen (die Einnahme von Megadosen senkt die Resorptionsquote deutlich) – praktisch vollständig renal ausgeschieden. Ab etwa 1 g pro Tag steigen die Oxalat- und dieHarnsäure-Konzentrationen im Urin.[76] Da ein Teil der Ascorbinsäure imStoffwechsel zuOxalsäure umgesetzt wird, besteht bei entsprechend disponierten Menschen prinzipiell ein erhöhtes Risiko fürCalciumoxalat-Nierensteine (CaC2O4). Schon bei normaler Zufuhr stammen etwa 30 bis 50 % des Plasmaoxalats aus dem Vitamin-C-Abbau. Der Oxalatspiegel im Urin steigt selbst erst an, wenn eine Tagesdosis von etwa 6 g überschritten wird.[5]
Bei Menschen mit Glucose-6-Phosphatdehydrogenase-Mangel (G6PD-Mangel,Favismus), einer insbesondere in Afrika sehr weit verbreiteten, erblichen Krankheit, können intravenöse Vitamin-C-Dosen, etwa 30 bis 100 g pro Infusion, zurHämolyse führen.[77]
Häufig wird Vitamin C, besonders wenn auf nüchternen Magen konsumiert, mitVerdauungsstörungen 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, zum BeispielNatriumascorbat) aufgenommen wird. Dies kann zum Beispiel durch die Zugabe vonBackpulver (NaHCO3) erreicht werden. Studien haben gezeigt, dass die Resorption von Vitamin C erhöht wird, wenn es zu Fruchtsäften wie zum Beispiel Orangensaft gemischt wird.
Bei der Ratte liegt derLD50-Wert (die Dosis, bei der die Hälfte der Versuchstiere sterben) für Vitamin C bei 11,9 g pro Kilogramm Körpergewicht.[3] Das entspricht bei einem 70 kg schweren Menschen einer Dosis von 833 g.
Therapeutisch und prophylaktisch eingesetzt wird die Überdosierung von Vitamin C zum Beispiel bei Harnwegsinfektionen. Durch die renale Ausscheidung der Ascorbinsäure wird der Urin sauer. In diesem sauren Milieu können die Erreger deutlich schlechter gedeihen.[78] Eine regelmäßig hohe Einnahme von Ascorbinsäure kann jedoch die Bildung von Nierensteinen begünstigen, zumindest ist das Risiko bei den untersuchten Männern doppelt so hoch.[79]
Ascorbinsäure kann von Menschen, Affen und einigen anderen Tierarten nur mit der Nahrung aufgenommen werden. Im Stoffwechsel der meisten anderen Lebewesen kann sie hingegen auch bedarfsabhängig synthetisiert werden.
Der Transportweg von Vitamin C erfolgt überEnterozytzellen des Darmes. Wie es von dort in den Blutstrom gelangt, ist noch nicht vollständig geklärt.[80] Jedoch ist der Transport von Ascorbat beziehungsweise Dehydroascorbat (DHA) vom Blut in alle anderen Zellen genauer bekannt.
Die Aufnahme von Dehydroascorbat (DHA, vergleiche Abschnitt oben) in das Zellinnere (Zytosol) menschlicher Zellen findet mittels dreierGlucosetransporter statt, GLUT-1,GLUT-3 undGLUT-4. DHA konkurriert dabei mitGlucose, sodass ein Übermaß an Glucose effektiv die Aufnahme von DHA verhindern kann. Das Ascorbat wird zusammen mit je zwei Natriumionen mittels der TransportproteineSVCT1 undSVCT2 ins Zellinnere geschleust.[81][82][83]
Ascorbinsäure wird von Bakterien, Pflanzen und Wirbeltieren mithilfe verschiedener Enzyme produziert. Ausgangssubstanzen sind hauptsächlichD-Glucose beziehungsweiseD-Galactose.
Bei Pflanzen können nebenD-Glucose undD-Galactose auchD-Glucuronlacton,D-Galacturonat beziehungsweise dessenMethylester die Biosynthese einleiten.
Bei Ratten wurde die Biosynthese am besten untersucht.[7] Die Bildung der Ascorbinsäure beginnt mit derOxidation vonUDP-D-Glucose zu UDP-D-Glucuronsäure durch das Enzym UDP-Glucose-Dehydrogenase (EC 1.1.1.22).Oxidationsmittel ist dabei dasNAD+.
Trockennasenprimaten (unter anderem der Mensch), Meerschweinchen, Echten Knochenfischen sowie einigen Familien der Fledertiere und Sperlingsvögel fehlt das EnzymL-Gulonolactonoxidase (B in obiger Abbildung) aufgrund eines genetischen Defekts, sodass sie Ascorbinsäure nicht synthetisieren können.[85] Die genetische Mutation bei Trockennasenprimaten trat vor etwa 65 Millionen Jahren auf.[85] Diese Primaten waren seinerzeit in einer Gegend angesiedelt, die ganzjährig reich an Vitamin-C-haltigen Früchten war. Daher hatte dieser bei anderen Tieren letale Defekt keine negativen Auswirkungen. Auch einige Insekten wie dieWanderheuschrecken (Acrididae) können Ascorbinsäure nicht selbständig herstellen.[86]
Eine wichtige Funktion der Ascorbinsäure im menschlichen Organismus beruht auf ihrer Eigenschaft alsReduktionsmittel. Sie ist also in der Lage, Elektronen auf andere Moleküle zu übertragen.
Zwei grundsätzliche Aufgaben können unterschieden werden:
Ascorbinsäure dient im tierischen Organismus als Radikalfänger, da sie in der Lage ist, ebensolche auf andere Moleküle zu übertragen. Die Grafik zeigt nicht den tatsächlichen Reaktionsmechanismus, sondern schematisch die Fähigkeit der Ascorbinsäure, unter Reaktion zur Dehydroascorbinsäure zwei Radikale einfangen zu können (vgl. obige Abbildung).
Bei der Verstoffwechslung des Sauerstoffs in der Zelle kann es zur Bildung desHyperoxidradikals O2•− kommen, wenn der molekulare Sauerstoff O2 bei der Endreaktion der Atmungskette statt vier Elektronen nur eines erhalten hat. Das Hyperoxidradikal ist aufgrund dieses Elektronenmangels extrem reaktiv und in der Lage, molekulare Zellstrukturen zu schädigen. Die Reaktion mit Ascorbinsäure überführt dieses inWasserstoffperoxid:[87]
Das Wasserstoffperoxid wird von dem EnzymKatalase abgebaut.[87]
Sowohl Ascorbinsäure als auch deren oxidierte Form (DHA) sind Cofaktoren für viele biochemische Reaktionen. Hierbei stellt Ascorbinsäure Elektronen für Kupfer(I)-abhängige Monooxygenasen beziehungsweise Eisen(III)-abhängige Dioxygenasen bereit.In vitro können auch andere Redoxfaktoren diese enzymatischen Reaktionen katalysieren.
Von Bedeutung ist diese Redoxeigenschaft der Ascorbinsäure beispielsweise bei der Synthese von Collagen im menschlichen Stoffwechsel. Zur Darstellung dieses Strukturproteins muss die AminosäureL-Prolin zu ihrer oxidierten Form,Hydroxyprolin, umgewandelt werden. Ascorbinsäure dient dazu, das in dieser Reaktion genutzte Reduktionsmittel Fe(II) zu regenerieren. Besteht ein Mangel an Vitamin C, kann die Bildung des Hydroxyprolins bei der Collagensynthese nur begrenzt erfolgen, sodass die typischen Symptome des Skorbuts wie Zahnfleischbluten, Zahnausfall und Hautschäden auftreten.
Die nach Oxidation entstehenden Produkte Semidehydroascorbinsäure und Dehydroascorbinsäure werden enzymatisch wieder zu Ascorbinsäure reduziert. Die EnzymeCytochrom b5-Reduktase undThioredoxinreduktase katalysieren die Umwandlung von Semidehydroascorbinsäure zu Ascorbinsäure im Cytosol, unter Verbrauch von NADH beziehungsweise NADPH. Außerdem kann eine Reduktion über elektronentransferierendeMembranproteine stattfinden. Dehydroascorbinsäure wird sowohl spontan mittels Glutathion oder NADPH reduziert als auch enzymatisch über dieGlutathiontransferase Omega.[88][89]
Der Abbau von Dehydroascorbinsäure wird bei Säugetieren durchHydrolyse zur physiologisch inaktiven 2,3-Diketogulonsäure eingeleitet. Diese wird entweder zuOxalat undL-Threonsäure gespalten oder zuKohlenstoffdioxid,Xylose,Xylulosedecarboxyliert.[7] Im Unterschied dazu haben Bakterien wieE. coli enzymatischeStoffwechselwege für den Abbau von Ascorbinsäure und wahrscheinlich auch für Dehydroascorbinsäure.[88]
Um Ascorbinsäure quantitativ nachzuweisen, gibt es zahlreiche colorimetrische Methoden, etwa unter Verwendung von2,4-Dinitrophenylhydrazin. Ascorbinsäure reagiert mit diesem zu einemHydrazon, dessen Absorption messbar ist. Darüber hinaus kann2,2′-Bipyridin zum colorimetrischen Nachweis dienen. Hierbei wird die Reduktionskraft der Ascorbinsäure genutzt, dieFe(III) zu Fe(II) reduziert. Fe(II) bildet dann mit 2,2′-Bipyridin einen farbigen Komplex. Es sind auch einigefluorometrische Nachweismethoden bekannt.
Ascorbinsäure lässt sich auch durch Titration mitTillmans-Reagenz (2,6-Dichlorphenolindophenol, abgekürzt DCPIP) nachweisen, bei der das Reagenz durch die Ascorbinsäure zu einer Leukoverbindung reduziert wird. Dabei ist ein Farbumschlag von tiefblau zu farblos zu beobachten. Diese Methode eignet sich für eine schnelle Bestimmung, die aber an die Genauigkeit oben genannter Wege nicht heranreicht.[7]
Ascorbinsäure kann auch spezifisch mittels Oxidation durch das EnzymAscorbinsäure-Oxidase nachgewiesen werden, wobei die Änderung derLichtabsorption bei einer Wellenlänge von 245 nm gemessen wird.[90]
Die Gehaltsbestimmung wird imEuropäischen Arzneibuch durch redoximetrischeTitration mit 0,05-molarerIodlösung unter Zusatz vonStärke durchgeführt (Iodometrie). Dabei verbraucht ein Mol Ascorbinsäure ein Mol Iod, das zu farblosem Iodid umgesetzt wird. Die Färbung durch den blauen Iod-Stärke-Komplex dient der Endpunktbestimmung. Da die zugesetzte Stärkelösung die Reaktion verzögert und einen schleppenden Umschlag verursacht, bietet sich eine Indikation mit Variamin an.[91] Der maßanalytische Faktor beträgt 8,8065 mg Ascorbinsäure / ml 0,05 M Iodlösung.
