Uronsäure

Die Bedeutung der Zuckersäure und ihre Eigenschaften

Bei Uronsäuren handelt es sich um Carbonsäuren, die durch Oxidation entstanden sind. Sie gehören zu den Zuckersäuren und entstehen durch Oxidation der primären Hydroxydgruppe von Monosacchariden zur Carboxygruppe (-COOH). Das Molekül der Uronsäure besitzt sowohl ein Carbony-Aldehyd an C1 sowie eine Carbonyfunktion an C6. Die Nomenklatur, also die Fachbezeichnung, orientiert sich dabei am zugrundeliegenden Monosaccharid.

Somit heißt die Uronsäure der Glucose entsprechend Glucuronsäure. Dies ist auch unabhängig davon, ob sie offenkettig oder mit einer Ringstruktur als sogenannte Pyranose oder Furanose vorliegt. Die Salze der Uronsäure heißen Uronate. Bei Glucose entsteht somit der Name Glucuronat. Die Säuren zeigen die typischen Reaktionen der Monosaccharide und neigen zur Lactonbildung. Dabei werden γ-Lactone bevorzugt.

Zuckersäuren und ihre Bedeutung

Wie bei Uronsäure handelt es sich bei allen Zuckersäuren um sogenannte Polyhydroxycarbonsäuren, die durch Oxidation aus einfachen Kohlenhydraten, den sogenannten Monosacchariden, entstehen. Je nach Zuckersäure und Art der Oxidation kann es jedoch zu einigen Unterschieden in Struktur und Eigenschaften kommen:

• Bei milder Oxidation entstehen aus Aldosen die Aldonsäuren, bei denen die Aldehyd-Gruppe oxidiert ist. Aus D-Glucose wird somit beispielsweise D-Gluconsäure.
• Wird hingegen bei den Aldosen die primäre Alkohol-Gruppe oxidiert, so entsteht Uronsäure. D-Glucose wird in diesem Fall zu D-Glucuronsäure.
• Kommt es zu einer energischen Oxidation von Aldosen, entstehen Aldarsäuren, welche zwei Carboxygruppen tragen. D-Glucose wird somit zu D-Glucarsäure.
• Auch bei Ketosen kann zumindest formal die primäre Alkohol-Gruppe oxidiert werden. Daraus ergeben sich die Ketoaldonsäuren. Technisch wird dabei jedoch eine sekundäre Alkohol-Gruppe von Aldonsäure oxidiert. So wird beispielsweise aus D-Fructose 2-Oxo-D-gluconsäure.

Zuckersäuren neigen generell zur Lactonbildung. Viele unter ihnen treten als Stoffwechselprodukte auf oder sind Bestandteile von polymeren Naturstoffen, zum Beispiel der Pektine.

Bei der Oxidation von Monosacchariden bilden sich stets Säuren. Dabei werden drei Typen unterschieden. Die Oxidation der Aldehydgruppe an C1 führt immer zu -onsäuren. Bei der Oxidation der endständigen, primären Alkoholgruppen kommt es zu -uronsäuren. Oxidieren beide Gruppen, entstehen -arsäuren.

Drei unterschiedliche Zuckersäuretypen

Am Beispiel von Glucose lassen sich die drei Säuretypen mit den Endungen -onsäure, -uronsäure sowie -arsäure gut unterscheiden.

• Gluconsäure: Sowohl bei diversen Zuckernachweisen, wie beispielsweise Fehling, als auch bei der Glucoseoxidase-Reaktion entsteht an C1 oxidierte Glucose.
• Glucuronsäure: In diesem Fall tragen die Uronsäuren als C6-Oxidationsprodukt der Monosaccharide noch immer eine Aldehydgruppe. Dadurch wirken sie reduzierend. Damit sie überhaupt hergestellt werden können, muss die Aldehydfunktion mit einer Schutzgruppe versehen werden. In der Biochemie sind dies beispielsweise UDP (Uridindiphosphat-Glucose) und ADP (Adenosindiphosphat).
• Glucarsäure: Oxidiert sowohl C1 als auch C6, so entstehen die –arsäuren. Die C1/C6-Dicarbonsäure Glucarsäure entsteht beispielsweise durch Behandlung mit konzentrierter Salpetersäure.

Die physiologische Bedeutung

Die Zuckersäuren, insbesondere die Glucuronsäure, spielen eine wichtige physiologische Rolle. Im menschlichen Stoffwechsel wird Glucuronsäure im Rahmen der Biotransformation an verschiedene Substanzen gebunden. Arzneimittel oder Hormone sind hier exemplarisch zu nennen, deren Eliminationsfähigkeiten durch die Bindung erhöht werden. Zwischenprodukte des Zellstoffwechsels, sogenannte Metaboliten, werden ausreichend hydrophil und können über die Niere besonders gut ausgeschieden werden.

Ähnliche Reaktionen finden auch in der Leber statt und werden durch Enzyme katalysiert. Dies bedeutet, dass Uronsäuren generell wichtig bei der Entgiftung von körperfremden, kaum wasserlöslichen Substanzen sind. Besonders Phenole sind hier betroffen. Die Glucuronsäure wird an diese angekoppelt und macht aufgrund ihrer zahlreichen hydrophilen Gruppen das System wasserlöslich. Die Substanz kann anschließend einfach mit dem Urin ausgeschieden werden.

Des Weiteren finden sich Uronsären in Strukturelementen wie Glykosaminoglykanen und Proteoglykanen, die in der extrazellulären Matrix verschiedener Gewebe zu finden sind. Insbesondere Glucuronsäure und entsprechende Uronsäuren anderer Monosaccharide spielen darüber hinaus eine wichtige Rolle bei der Synthese von sauren Polysacchariden, wie beispielsweise Hyaluronsäure oder Heparin. Auch wasserbindende Pflanzenpolysaccharide wie Alginat oder Pektine gehören dazu. Außerdem kann die Gluconsäure als „Startmolekül“ für die biologische Synthese von Ascorbinsäure bezeichnet werden.

Uronsäuren kommen als Bestandteile von Glykosiden, Polyuroniden, Polysacchariden und Mucopolysacchariden vor. Außerdem sind sie in verschiedenen pflanzlichen Schleimen und Gummi-Harzen zu finden. Darüber hinaus finden sie sich in der Alginsäure. Diese wird von Braunalgen und einigen Bakterien gebildet.

Uronsäure in der Biogenese

Als alternativer Weg, um Glucose oxidieren zu lassen und aktiviertes Glucuronat, das sogenannte UDP-Glucuronat herzustellen, kommt der Uronsäureweg gerne zum Einsatz. Energie in Form von ATP kann allerdings nicht gewonnen werden.

Der Uronsäureweg läuft wie folgt ab:

1. Das Enzym Phosphoglucomutase katalysiert das Glucose-6-phosphat, aus welchem zunächst Glucose-1-phosphat entsteht.
2. Das Glucose-1-phosphat wird von UDP aktiviert und unter NAD+-Verbrauch katalytisch zur UDP-Glucuronsäure oxidiert.
3. Die somit aktivierte Glucuronsäure ist ein Ausgangsstoff, beziehungsweise Vorläuferstoff für eine Reihe weiterer Moleküle wie das Bilirubin, Steroide und einiger pharmakologisch relevanter Moleküle.

Als UDP-Glucuronat an UDP (Uridindiphosphat) gebunden, kann Glucuronsäure leicht an andere Liganden weitergegeben werden, wodurch ihre Löslichkeit in Wasser erhöht wird. Mithilfe eines Transporters ins Endoplasmatische Reticulum der Zelle kommt es außerdem zur Abspaltung von Kohlenstoffdioxid. Der Vorgang ist für die Biosynthese von Pflanzen unerlässlich.

Zusammenfassung

Uronsäuren sind Zuckersäuren, die durch Oxidation aus sogenannten Monosacchariden entstehen. Eine der wichtigsten Uronsäuren ist die Glucuronsäure. Sie unterstützt den Organismus beim Entgiften und spielt eine wichtige Rolle bei der Synthese von sauren Polysacchariden sowie Ascorbinsäure.

Quellen und weiterführende Links

• https://analyticalscience.wiley.com/do/10.1002/gitfach.18529/full/