Biochemie und Pathobiochemie: Ascorbat-Stoffwechsel

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Biosynthese / Herkunft

Pflanzen, Mikroorganismen und die meisten Tiere bilden sich Vitamin C (L-Ascorbinsäure, L-Ascorbat) aus Glucuronsäure. Einige Wirbeltiere, darunter Primaten und Meerschweinchen, sind dazu nicht mehr in der Lage.

Biochemische Funktionen und physiologische Bedeutung

Vitamin C kann schrittweise Elektronen abgeben. Dadurch kann es als 1-Elektronendonator (Reduktionsmittel) wirken. Redoxgleichgewicht:

⇓	Subst.	⇑	Co.	Enzym	EC	EG	Erkr.
L-Ascorbinsäure
e-, H+		L-Dehydroascorbinsäure L-Semidehydroascorbinsäure				Ox
L-Semidehydroascorbinsäure (Ascorbyl-Radikal)
e-, H+						Ox
L-Dehydroascorbinsäure
2 e-, 2 H+		2 e-, 2 H+				Ox
L-Ascorbinsäure

Vitamin C ist an folgenden Reaktionen beteiligt:

• Antioxidans: Als Radikalfänger inaktiviert Ascorbinsäure radikale Sauerstoff- und Stickstoffspezies, indem es diesen Elektronen anbietet. Dadurch werden wichtige biologische Strukturen z.B. Membranlipide vor der Oxidation geschützt. Zwei Ascorbylradikale können dann zu Ascorbinsäure und Dehydroascorbinsäure dismutieren. Als Co-Antioxidans kooperiert es mit und regeneriert Tocopherol (Vitamin E), ebenfalls ein Radikalfänger.

• Monooxidase-Reaktionen:
  • Die Dopamin-β-Monooxygenase hydroxyliert Dopamin zu Noradrenalin (Katecholaminbiosynthese)

• Dioxidase-Reaktionen:
  • Kollagensynthese: Die Prolyl- (EC 1.14.11.2, EC 1.14.11.7) und die Lysyl-Hydroxylase (EC 114.11.4) hydroxylieren das Prolin und Lysin im Prokollagen. Vitamin C aktiviert die Hydroxylase durch Reduktion des Fe³⁺ zu Fe²⁺.
  • Carnitin-Biosynthese: Die γ-Butyrobetain-Dioxygenase (EC 1.14.11.1) und die Trimethyllysin-Dioxygenase (EC 1.14.11.8) arbeiten mit Vitamin C (und Eisen).
  • Synthese peptidischer Neurotransmitter bzw. Hormone: Die Peptidylglycin-Monooxygenase (Peptidylglycin-α-Amidierung-Monooxygenase) (EC 1.14.17.3) katalysiert Vitamin-C-abhängig die Amidierung am C-Ende von z.B. ADH, CRH, GRH, Bombesin, Calcitonin, Pankreozymin-Cholezystokinin, VIP, Gastrin u.a.m.

• Mischfunktionelle Monooxygenasen:
  • Phase I-Transformation: Zusammen mit P₄₅₀ ist Vitamin C an der Hydroxylierung von Steroiden, Xenobiotika und Gallensäuren beteiligt (?).

• Komplexbildung: Vitamin C ist ein Ligand für Metallionen. Durch die Bildung von Fe²⁺-Chelaten im Darm erhöht Vitamin C z.B. die Eisen-Resorption.

Recycling von Ascorbinsäure

Ascorbinsäure wird nach ihrer Oxidation zu Semidehydroascorbinsäure und Dehydroascorbinsäure nicht notwendigerweise abgebaut. Es stehen mehrere Mechanismen bereit, um diese Stoffe zu Ascorbinsäure zu reduzieren. Dehydroascorbinsäure wird mithife von Glutathion und der Glutathiontransferase Omega-1/-2 recycliert:

⇓	Subst.	⇑	Co.	Enzym	EC	EG	Erkr.
L-Dehydroascorbinsäure
2 GSH GSSG				Glutathion-S-Transferase Omega (1/2)	2.5.1.18	Tr
L-Ascorbinsäure

Auf der Zytosolseite der mitochondriellen Membran steht ein Komplex aus Cytochrom b5 und NADH-Cytochrom b5-Reduktase bereit, der im reduzierten Zustand (Fe(II)-Häm) die Reduktion von Semidehydroascorbat bewerkstelligt. Die Reduktase verbraucht im Folgenden NADH, um das Fe(III) des Cytochroms wieder in den Anfangszustand zu versetzen.

Pathobiochemie

Mangelerkrankungen: Skorbut: Kapillarfragilität mit Hautblutungen (v.a. subperiostale Ekchymosen), Zahnfleischblutungen, Zahnausfall, Störungen des Knochen- und Zahnstoffwechsels, allgemeine Schwäche; Müller-Barlow-Erkrankung (Kleinkinder).

Hypervitaminosen: / (evtl. Oxalat-Nierensteine bei Megadosen, prooxidative Wirkung hoher Dosen nicht ausgeschlossen)

Weblinks

• KEGG: Ascorbate and aldarate metabolism - Homo sapiens (human)

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