アスコルビン酸

アスコルビン酸 (生化学でもアスコルビン酸 ) は有機固体酸です。酸化しやすいので抗酸化作用があります。水に非常に溶けやすく、無色の結晶の形で結晶化します。その最も重要な特性は、ビタミンとしての生理学的効果であり、欠乏すると壊血病としてヒトに現れることがあります.彼らの名前は、「a」（ない）と壊血病のラテン語名「scorbutus」に由来しています。

アスコルビン酸の立体異性体 L-(+)-アスコルビン酸 同じ効果を持つそれらの派生物は、ビタミン C という名前で販売されています。 まとめました。総称ビタミンC L-(+)-アスコルビン酸に加えて、これには体内でアスコルビン酸に変換できるすべての物質が含まれます。 B. デヒドロアスコルビン酸 (DHA)。

アスコルビン酸は、光、熱、酸素、重金属に敏感です。

歴史

壊血病はすでに紀元前 2 千年紀にありました。古代エジプトの病気として知られています。ギリシャの医師ヒポクラテスとローマの作家プリニウスもそれについて報告しています。

18 世紀まで、壊血病は航海中の主な死因でした。 1747 年、英国の船医 James Lind がこの病気を調べました。彼は壊血病に苦しむ 12 人の船員を 2 人ずつ 6 つのグループに分けました。通常の食料配給に加えて、彼は各グループに別の特別な栄養補助食品を与えました.特に:フルーツ ワイン、硫酸、酢、スパイスとハーブ、海水、オレンジとレモン。彼は、柑橘類を摂取したグループが急速な改善を示したことを発見しました. 1757 年にリンドはこの結果を発表しました。しかし、イギリス海軍が海での食糧配給にレモン ジュースを追加したのは 1795 年のことでした。さらに、壊血病を防ぐためにザワークラウトと麦芽も使用されました.

1912年、生化学者カシミール・ファンクは、脚ベリ欠乏症を研究した後、それが化学物質であるチアミンの欠乏によって引き起こされることを発見しました.彼は「ビタミン」という人工的な言葉を作り出しました.

1921 年、生化学者のシルベスター ジルバは、壊血病を治すことができるレモン ジュースから分離された物質の混合物に ビタミン C という名前を付けました。 . 1928 年から 1934 年にかけて、ハンガリーの科学者アルバート フォン セント ジェルジ ナギラポルト、ジョセフ L. スビルベリー、そして独立したチャールズ グレン キングは、結晶化実験を通じて壊血病の治療に関与する物質を分離することに成功しました。 1934 年にジェルジは、これが 1913 年に発見された L-アスコルビン酸と同一であると判断しました。また、1934 年には、ウォルター ハワースとタデウス ライヒシュタインが、グルコースから人工的に L-アスコルビン酸を合成することに初めて成功しました。ハワースはビタミン C の研究で 1937 年のノーベル化学賞を受賞し、セント ジェルジーはノーベル医学賞を受賞しました. 1967 年にライナス ポーリングは、風邪や癌を予防するために高用量のアスコルビン酸を使用することを提唱しましたが、これは時々物議を醸しています (以下）。

オカレンス

食事では、ビタミンCは主に果物、野菜、緑茶に含まれていますが、その含有量は調理、乾燥、浸漬、および保管中に減少します.オレンジ、レモン、グレープフルーツなどの柑橘類は、収穫直後に熟すと多くのビタミン C を含みます. ケールは、すべてのタイプのキャベツの中で最もビタミン C 含有量が高い (105-120 mg/100 g 食用物質). アスコルビン酸は、 アスコルビゲン A によるキャベツ そしてB バウンド。野菜が調理されると、分子はL-アスコルビン酸とインドールに分解され、生よりも調理された方がより多くのビタミンCを含む.ただし、食品を長時間調理しすぎると、ビタミンが部分的に破壊され、調理用の水に放出されます (通常は消費されません)。赤キャベツ、白キャベツ、ザワークラウトもビタミン C の供給源であり、ザワークラウトが最適な壊血病を予防するためにビタミン C が豊富で長持ちする食品が必要だったため、長い間船乗りにとって特に重要でした (下記参照)。適切。カムカムとアセロラには、天然のビタミン C 濃度が最も高いことがわかっています。

多くの種類の野菜にはアスコルビン酸オキシダーゼが含まれており、これは特に粉砕されたときにビタミンと接触し、ビタミンを酸化します.これは、例えばたとえば、生の食品をすぐに食べないと、ビタミン C が大幅に失われます。

以下は、100 g あたりのいくつかの果物/野菜のビタミン C 含有量です。ビタミン C 含有量の降順で:

仕様は参考用であり、実際の値は次の変数に大きく依存します:

• 植物の種類
• 土壌条件
• 成長期の気候
• 収穫後の保管期間
• 保管条件
• 準備

したがって、ビタミン C の大部分が皮またはその真下にあるため、果物と野菜はできるだけ新鮮なまま (適切に冷凍されている場合は解凍して) 皮付きで食べる必要があります。

生産と使用

アスコルビン酸の年間生産量は、全世界で約 110,000 トンです。長い間、市場のリーダーはスイスの会社 Hoffmann-La Roche (世界売上高の 30%) であり、BASF-NPEG カルテル (同じく約 30%) と Merck 社が続いた。 2002 年、Hoffmann-La Roche はビタミン部門をオランダの会社 DSM に 34 億スイス フラン (約 21 億ユーロ) で売却しました。アスコルビン酸は現在、主に中国で生産されています。

化学工場では、結晶アスコルビン酸、アスコルビン酸ナトリウム、アスコルビン酸カルシウム、アスコルビル一リン酸がソルビトールを介して出発物質のD-グルコースから製造されます。いわゆるライヒシュタイン合成 (1934 年) は、今でもこの工業生産の基礎となっています。

この合成的に製造された製品と区別するために、遺伝子組み換え微生物の助けを借りて生産されたビタミン C は、国際的に GMO ビタミン C (GMO、遺伝子操作された生物:) と呼ばれています。 「遺伝子組み換え生物」）。 GMOアスコルビン酸は安価です。これは、世界の大部分の製造に使用されている方法です。

アスコルビン酸は主に酸化防止剤として使用されます。 E 300 という番号で、防腐剤または発赤剤として多くの食品に添加されています。アスコルビン酸誘導体の他のＥ数は、Ｅ３０１（アスコルビン酸ナトリウム）、Ｅ３０２（アスコルビン酸カルシウム）、Ｅ３０４ａ（パルミチン酸アスコルビル）およびＥ３０４ｂ（ステアリン酸アスコルビル）である。小麦粉にアスコルビン酸を加えると、ガス保持力が増し、生地のボリュームが増すと言われています。これは、生地のグルテンストランド間の追加のジスルフィドブリッジの形成によって説明できます.アスコルビン酸は、医薬品を安定させるための抗酸化剤として製薬部門でも使用されています.

アスコルビン酸に起因する一般的な健康増進特性のために、アスコルビン酸は畜産にも使用されています.

その還元特性のために、アスコルビン酸は写真現像剤の現像剤としても使用されることがあります.

アスコルビン酸は、注射前にヘロイン塩基を溶解するためにヘロインと一緒に煮沸することがよくあります.

生理学的重要性

ビタミンCはラジカルスカベンジャーであり、抗酸化作用があります（還元剤として作用します）.それはヒドロキシル化反応における重要な補因子であり、したがって、とりわけ、身体自身のコラーゲンの産生およびステロイドのヒドロキシル化を可能にします.また、アミノ酸などの構成にも重要な役割を果たしています。例えばチロシン。アスコルビン酸は、ドーパミンからノルアドレナリンへの変換、コレステロール代謝、カルニチン生合成にも必要です。

その抗酸化作用により、他の重要な代謝産物やゲノムをフリーラジカルによる酸化や攻撃から保護します。これは最終的に細胞を損傷から保護し、癌、動脈硬化、白内障からも保護することを意味します.

名前 アスコルビン酸 壊血病に由来し、アスコルビン酸によって予防および治癒することができます.ナイアシンとビタミン B とともに、ビタミン C は筋肉内の脂肪燃焼に必要な L-カルニチンの生成を制御します。また、小腸での鉄の吸収も促進します。

ビタミンCは、風邪の予防にも使用されます。このアプリケーションは、1970 年代にノーベル賞受賞者のライナス ポーリングによって特に普及しました。しかし、55 の研究のメタ分析によると、一般に信じられていることとは反対に、ビタミン C は風邪を予防することが示されています。 防ぐことができます。せいぜい、ビタミンCは、一部の極端なアスリートのように、激しい運動や極度の寒さにさらされている人々にわずかな予防効果があるようです.ビタミンが風邪の期間をわずかに短縮できるという証拠があります.しかし、アスコルビン酸が免疫系 (白血球) をサポートすることが明確に証明されています。ビタミン C は、リンパ球とマクロファージを活性化することによる細胞性免疫防御と、免疫グロブリンの血清濃度を高めることによる体液性防御の両方を強化します。

ビタミンCにはデトックス効果もあります。胃の中で、亜硝酸塩と第二級アミンからの発がん性ニトロソアミンの形成を防ぎます。同時に、鉛やカドミウムなどの毒性を軽減し、さまざまな医薬品や薬物の分解に関与しています。

最近では、乗り物酔い（キネトーシス）の予防と治療にもビタミン C が使用されています。ビタミン C は、1 日 1 ～ 3 グラムの用量で、乗り物酔いや肥満細胞症の患者のヒスタミン レベルを大幅に低下させることができます。

必要

世界の大部分では、ビタミン C の供給は比較的良好で、ドイツ栄養学会の推奨によると、成人の 1 日あたりの必要量は 100 mg です。ただし、これに関する意見は大きく異なります。他のグループの推奨事項は、この値の一部 (例:半分) から倍数 (例:「可能な限り」) の範囲です。確かなことは、最大 5000 mg の量が短期間無害であると見なされることです。ビタミン C は水に溶けやすいため、過剰量は尿を通じて体外に排出されます (ビタミン過剰症も参照)。

ドイツのバランスの取れた混合食では、体にすべての必須ビタミンが供給されているため、ビタミン C も十分な量で供給されていると考えられます。ドイツでのビタミン C の供給量は、DGE が推奨する 1 日あたり 100 mg をわずかに上回っています。したがって、多様で健康的な食事をしている健康な人にとって、ビタミンのサプリメントは余分なものです。フリーラジカルへの曝露が増加するため、喫煙者は約 40% 多くのビタミン C を必要とします (DGE によると、1 日あたり 150 mg)。妊娠中および授乳中の女性の推奨量は、1 日あたり 110 または 150 mg です。不十分な摂取の理由は、通常、偏った食事です。これは特に、新鮮な果物や野菜を毎日食べない高齢者に影響を与えます。さまざまな薬を服用すると、長期的にはビタミンCの供給が悪化する可能性があります-若い人でも.これらには、例えば、避妊薬、さまざまな抗生物質、またはアセチルサリチル酸（アスピリン）が含まれます。また、手術、感染症、癌、重傷、真性糖尿病、胃腸疾患、永続的なストレス、激しい運動、過剰なアルコール摂取の必要性も高まっています.

C 標識ビタミン C を使用した調査では、ビタミン C の摂取量に関係なく、アスコルビン酸の 1 日あたりの代謝回転はわずか 20 mg 程度であることが示されています。したがって、壊血病の予防には 1 日 20 mg 未満で十分です。

比較のために、モルモット (体重約 0.8 ～ 1.5 kg) には 1 日 10 ～ 30 mg の用量が推奨されていますが、モルモットは肝臓を介してこれを生成することはできません。

欠乏症状 (ビタミン欠乏症)

1933年、ハンガリーの科学者であるアルバート・フォン・セント・ジェルジ・ナジラポルトは、ビタミンCが壊血病に対する有効な物質であることを確認しました.ただし、ビタミン C は ビタミン C2 として知られるフラバノールの存在下でのみ十分に効果的です。 と呼ばれます。どちらの物質だけでも壊血病を治すことはできませんが、併用すると少量で効果があります.

霊長類（ヒトと同様）、モルモット、一部の鳥類、ヘビなどの脊椎動物は、L-グルコノラクトンオキシダーゼを欠いているため、グルクロン酸からアスコルビン酸を生合成することができません.したがって、アスコルビン酸はこれらの生物にとって不可欠です。したがって、食料の必要性（または食料で）をカバーする必要があります。アスコルビン酸はコラーゲン合成に必要であるため、欠乏症の症状は長期的には壊血病につながり、結合組織の弱体化につながります（上記参照）.ヘビの場合、皮膚の裂傷は通常の接触によって引き起こされます。ヒトにおけるビタミンC欠乏症の最初の症状は、感染に対する抵抗力の低下、手足の痛み、傷の治癒不良と歯茎の出血、疲労感、無関心、憂鬱、およびパフォーマンスの低下です（アスコルビン酸約0.35 mg / dlの血漿レベルから）.それらは、栄養失調や、間違った食事やアルコール依存症などの栄養失調、または必要性の増加によって発生する可能性があります.

過剰摂取 (ビタミン過剰症)

たとえば、ビタミン A で発生する可能性のあるビタミン過剰症は、ビタミン C では非常にまれです。これは、身体が腎臓を通じて過剰なアスコルビン酸を排泄するためです.

国立衛生研究所 (NIH) が実施した研究では、7 人のボランティアが最初に低アスコルビン酸食を与えられ、体に蓄えられたビタミン C が枯渇しました。その後、再びビタミンCが供給されたとき、未変化のビタミンCの腎（腎臓を介した）排泄は、約100mg/日で始まりました. 400 mg/日を超える摂取は、腸で吸収される限り (メガドーズの吸収は吸収率を大幅に低下させます)、腎臓でほぼ完全に排泄されました。 1 日あたり約 1 g から、シュウ酸塩と、二次的に血漿中の尿酸濃度も増加します。アスコルビン酸の一部は代謝でシュウ酸に変換されるため、シュウ酸カルシウム腎結石 (CaC₂) のリスクが高くなります。 O₄ ）。通常の摂取でも、血漿シュウ酸塩の約 30 ～ 50% はビタミン C の分解によるものです。

単回経口投与量が多いと、主に浸透圧性下痢を引き起こす可能性があります。実際の摂取量は人によって異なりますが、Robert Cathcart は健康な人で約 5 ～ 15 g (小さじ 1 ～ 3 杯) としています。ただし、深刻な病気を患っている個人では、この許容限界が 200 g を超える可能性があることにも注意してください。

アフリカで特に蔓延している遺伝性疾患であるグルコース-6-リン酸デヒドロゲナーゼ欠乏症 (G6PD欠乏症、ファビズム) の人では、ビタミン C の静脈内投与 (1 回の注入につき約 30 ～ 100 g) は、溶血を引き起こす可能性があります。ただし、この問題はまだ発生していません。

ビタミン C は、特に空腹時に摂取すると、胃の酸性化による消化不良を引き起こすことがよくあります。これは、とりわけ、ビタミンCをアスコルビン酸としてではなく、アスコルビン酸塩（アスコルビン酸の塩、アスコルビン酸ナトリウムなど）として摂取することで回避できます.これは、例えば、ベーキングパウダー (NaHCO₃ ) に到達できます。

ネズミのLD₅₀ 体重 1 キログラムあたり 11.9 g のビタミン C の値 (被験者の半分が死亡する用量)、マウスでは 3.37 g (両方とも経口)。これは、体重 60 kg の人で 714 g の用量に相当します。しかし、ビタミンCは腸で大量に吸収されないため、経口摂取しても中毒になることはありません。したがって、ビタミン C よりも一般的な食卓塩の方が中毒になる可能性が高くなります。

ビタミン C と癌

一部の研究では、ビタミン C の血漿レベルの低下と特定の種類のがんの発生率の増加との間に一貫した関連性が示されています。

望ましくない酸化に対するビタミン C の保護効果は、それ自体の酸化に関連していますが、これにより分子自体が無効になりますが、他の還元剤または適切な酵素によって再生することができます.したがって、適切な保護効果のためには、これらの還元物質も十分な濃度で存在する必要があります。さらに、抗酸化物質であるビタミン C を適切な用量で供給しなければなりません。高用量（メガ）では、抗酸化物質は通常酸化促進効果を持ち、ラジカル反応を加速します。線量が高すぎると、特に遊離鉄が存在する場合 (喫煙者に典型的) に、ラジカルの濃度が上昇します。

米国での研究によると、ビタミン C はラジカル スカベンジャーとして細胞を保護する効果があるだけでなく、DNA (遺伝物質) にも損傷を与える可能性があることが示されています。ただし、必要のない量が排泄されるため、これには議論の余地があります。研究者は、実験で毎日 500 mg のビタミンを使用しました。レスター大学の科学者は、高用量のビタミン C の変異原性効果の証拠を発見しました。参照:ビタミン C 点滴

生合成

アスコルビン酸の形成は、酵素UDP-グルコースデヒドロゲナーゼによるUDP-D-グルコースのUDP-D-グルクロン酸への酸化から始まります。酸化剤はNADです。

UDP の加水分解切断後、D-グルクロン酸が形成され、グルクロン酸レダクターゼと NADPH+H による位置選択的還元によって L-グロン酸に変換されます。 L-グロフラノラクトンを生成するグロン酸ラクトナーゼを使用したラクトン化 (環形成) に続いて、酸素と L-グロノ-γ-ラクトンオキシダーゼを使用して選択的に酸化し、アスコルビン酸を生成します。霊長類とモルモットは遺伝的欠陥のためにこの酵素を欠いているため、アスコルビン酸を合成することができません.遺伝子変異は、約 6500 万年前に霊長類で発生したと考えられています。しかし、これらの霊長類はビタミン C が豊富な果物が豊富な地域に一年中住んでいたため、この本質的に致命的な欠陥が絶滅につながることはありませんでした。

化学的性質

構造

アスコルビン酸には、その化学的挙動に寄与するいくつかの構造要素が含まれています:ラクトン構造、2 つのエノール水酸基、および第 2 および第 1 アルコール基です。エンジオールは容易にジケトンに酸化されるため、エンジオール構造はアスコルビン酸の還元 (抗酸化) 特性を引き起こします。

したがって、隣接するカルボニル基を持つエンジオールは、レダクトンとも呼ばれます。

アスコルビン酸は 2 つの分子内水素結合 (下図の赤で表示) を形成し、エンジオール構造の安定性、ひいては化学的性質に大きく貢献します。

酸度

アスコルビン酸には「古典的な」酸性官能基 (カルボン酸、スルホン酸、ホスホン酸など) はありませんが、かなり酸性です。 pKs で 値は 4.2 で、酢酸よりもさらに酸性です (pKs =4.8).

一方で、これはエンジオール構造によるものです。エノールはすでにアルコールよりもかなり酸性です。さらに、アスコルビン酸の酸性度は、2 番目のエノール OH 基と隣接するカルボニル基によってさらに増加し​​ます。一方、プロトンが切り離された後に形成されるエノラート アニオンは、ケト エノール互変異性によって安定化されます。酸素に存在する負電荷は、非局在化、つまり分散され、2 つの炭素原子間の二重結合とカルボニル基の両方を介して安定化されます。

構造的には、この基はビニローグカルボン酸と見なすこともできます。 H.カルボニル基と OH 基の間に「挿入された」C-C 二重結合を持つカルボン酸機能として。

もう一方のエノール OH 基 (構造式の右下) は、弱酸性 (pKs

抗酸化作用

人体におけるアスコルビン酸の最も重要な機能は、還元剤としての特性に基づいています。したがって、電子を他の分子に転送することができます。

2 つの基本的なタスクを区別できます。

スカベンジャーとしてのアスコルビン酸

アスコルビン酸は、他の分子に移動できるため、動物体内でラジカルスカベンジャーとして機能します。この図は、実際の反応メカニズムを示しているのではなく、アスコルビン酸が反応してデヒドロアスコルビン酸を形成することによって 2 つのラジカルを放出する能力を示しています。

酸素が細胞内で代謝されると、スーパーオキシドラジカル O₂ 酸素分子がO₂のときに来る は、呼吸鎖の最終反応で 4 つではなく 1 つの電子しか受け取りませんでした。この電子の欠如により、スーパーオキシドラジカルは非常に反応性が高く、分子細胞構造に損傷を与える可能性があります.アスコルビン酸との反応により、これが過酸化水素に変換されます:

過酸化水素は酵素カタラーゼによって分解されます。

酸化還元反応における補因子としてのアスコルビン酸

すでに述べたように、アスコルビン酸は安定したエノラート アニオンを形成することができます。これは正式な位置にあります 水素化物陰イオンを別の種に移動します。

ホルマール下でのアスコルビン酸からデヒドロアスコルビン酸への反応の模式図 水素化物陰イオンの放出:

この特性は、例えば、ヒトの代謝におけるコラーゲンの合成において重要です。この構造タンパク質を生成するには、アミノ酸プロリンをその酸化型であるヒドロキシプロリンに変換する必要があります。アスコルビン酸は、この反応で使用される酸化剤 Fe(II) の再生に役立ちます。ビタミン C が不足すると、コラーゲン合成中のヒドロキシプロリンの形成が限られた範囲でしか起こらないため、歯茎からの出血、歯の喪失、皮膚の損傷などの典型的な壊血病の症状が発生します。

デヒドロアスコルビン酸

L-デヒドロアスコルビン酸 (デヒドロアスコルビン酸 、DHA ）は、アスコルビン酸の酸化によって形成されます。人間の代謝では、L-アスコルビン酸に還元され、ビタミン C の供給に寄与します。デヒドロアスコルビン酸は一水和物として存在します (モノ-DHA H₂ O) または無水ビス-DHAとして。しかしながら、セミデヒドロアスコルビン酸およびエステル化アスコルビン酸の酸化形態もデヒドロアスコルビン酸群に属する。

一般に、ビタミン C は、特定のビタミン C トランスポーターを持つ細胞はほとんどないため、グルコース トランスポーター (主に GLUT1) によって DHA の形で細胞のミトコンドリアに輸送されます。特に脳はアスコルビン酸の供給に依存していますが、ビタミンは血液脳関門を通過できません.この問題は、デヒドロアスコルビン酸がグルコース輸送体によっても輸送できるという事実によって回避されます。 B. GLUT1 、バリアを介して輸送され、脳細胞内でアスコルビン酸に還元されます。

DHA は L-アスコルビン酸よりも不安定です。反応条件 (pH 値、グルタチオンなどの酸化剤の有無) に応じて、アスコルビン酸に変換されるか、不可逆的にジケトグロン酸 (DKG) に加水分解されます。

立体化学

アスコルビン酸は、4 番目と 5 番目の炭素原子が不斉中心であるため、光学活性を示す 4 つの異なる立体異性体として存在します。

• L-アスコルビン酸
• D-アスコルビン酸
• L-イソアスコルビン酸
• D-イソアスコルビン酸

L- および D- アスコルビン酸分子は、像と鏡像のように互いに関連しています。L- および D- イソアスコルビン酸と同様に、それらはエナンチオマーです。

L-アスコルビン酸と D-イソアスコルビン酸、および D-アスコルビン酸と L-イソアスコルビン酸はエピマーであり、それぞれ 1 つの炭素原子のみの配置が異なります。これらの小さな違いにもかかわらず、代謝に関与する酵素が L-アスコルビン酸を特異的に認識するため、L-アスコルビン酸の立体異性体は体内でほとんどすべて不活性です。 D-イソアスコルビン酸のみがわずかな効果を示します.

証明

アスコルビン酸の定量的検出は、とりわけ、試薬がアスコルビン酸によってロイコ化合物に還元されるティルマンス試薬 (2,6-ジクロロフェノールインドフェノール、略して DCPIP) を用いた滴定によって行うことができます。濃い青から無色への色の変化が見られます。

ソース

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
• Herwig Lange:Mit Linus Paulings Forschungsergebnissen gesund werden – gesund bleiben. Vitamin C. poli-c-books, 2006, ISBN 3-938456-14-0
• D. Pargel (1992):Untersuchungen zur Oxidation und Reduktion des Ascorbinsäure/Dehydroascorbinsäure-Redoxsystems sowie zur hydrolytischen Verseifung von der Dehydroascorbinsäure zur Diketogulonsäure . Dissertation, Universität Gießen

Sicherheitsdatenblätter

Sicherheitsdatenblätter für L-(+)-Ascorbinsäure verschiedener Hersteller in alphabetischer Reihenfolge:

• Acros
• Alfa Aesar
• Carl+Roth
• Merck Biosciences