Harnsäure

Strukturformel
Ketoform der Harnsäure
Allgemeines
Name	Harnsäure
Andere Namen	2,6,8-Trihydroxypurin (Lactimform) Purin-2,6,8(1H,3H,9H)-trion (Lactamform) URIC ACID(INCI)
Summenformel	C5H4N4O3
Kurzbeschreibung	geruchloser hellbeigefarbener Feststoff
Externe Identifikatoren/Datenbanken
CAS-Nummer 69-93-2 EG-Nummer 200-720-7 ECHA-InfoCard 100.000.655 PubChem 1175 ChemSpider 1142 DrugBank DB08844 Wikidata Q105522
Eigenschaften
Molare Masse	168,11 g·mol−1
Aggregatzustand	fest
Dichte	1,89 g·cm−3
Schmelzpunkt	> 300°C
pKS-Wert	5,75
Löslichkeit	wenig in Wasser(60 mg·l−1)
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung keine GHS-Piktogramme H- und P-Sätze H:keine H-Sätze P:keine P-Sätze
Soweit möglich und gebräuchlich, werdenSI-Einheitenverwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten beiStandardbedingungen(0 °C, 1000 hPa).

Harnsäureist das Endprodukt desNukleinsäureabbaus(hier: Abbau vonPurinbasen) vieler Tierarten, zum Beispiel beiReptilien,Vögeln,Affenund Menschen. Bei Reptilien und Vögeln werden auchAminosäurenzu Harnsäure abgebaut. DieSalzeder Harnsäure heißenUrate.

Geschichte

Erstmals beschrieben wurde die Harnsäure 1776 durchCarl Wilhelm Scheele,der sie bei der Untersuchung vonHarnsteinenentdeckte.1807 konnteMartin Heinrich Klaprothdie Säure dann auch inperuanischemGuanonachweisen.

Struktur

Für die Harnsäure lässt sich eineLactam-Lactim-Tautomerieformulieren:

$\rightleftharpoons$

Die Ketoform ist gegenüber demheteroaromatischen2,6,8-Trihydroxypurin bevorzugt.

Darstellung

Harnsäure kann in einerTraube-Synthesedargestellt werden. DurchKondensationvonCyanessigsäureethylester1mit Harnstoff2entsteht Cyanacetylharnstoff3,der sich unter basischen Bedingungen zu6-Aminouracil4cyclisierenlässt. Über dieNitrosoverbindung5ist5,6-Diaminouracil6zugänglich, das mitChlorameisensäureethylester7zur Harnsäure8reagiert.

Synthese von Harnsäure

Eigenschaften

Harnsäure bildet weiße, geruchlose Kristalle, die ab 300 °C schmelzen, und tritt in zweitautomerenFormen auf (siehe Strukturformel). Harnsäure ist als schwacheSäurenur schlecht in protoniertem Zustand löslich (beispielsweise inWasser), dagegen gut inbasischenMedien. Auch die Alkalisalze (besonders dasLithiumsalz) haben eine bessere Wasserlöslichkeit.

Biologische Bedeutung

Physiologie

Der Abbau der Harnsäure (1) bei Tieren verläuft über mehrere Zwischenstufen, abhängig vom Organismus. Eine Uricase (A) katalysiert den Abbau zu Allantoin (2), welches durch eine Allantoinase (B) zu Allantoinsäure (3) hydrolysiert wird. Nach Abspaltung von Glyoxylat (4) werden zwei Moleküle Harnstoff (5) gebildet, was eine Allantoicase (C) katalysiert. Harnstoff wird schließlich durch eine Urease (D) zu Ammoniak und Kohlenstoffdioxid hydrolysiert.

Im Organismus vonHominiden,alsoMenschen,Schimpansen,GorillasundOrang-Utans,entsteht Harnsäure als Abbauprodukt derPurinbasenund ist damit das Endprodukt desPurinstoffwechsels.Sie entsteht ausHypoxanthinoderXanthindurch das EnzymXanthinoxidase.Harnsäure ist das endgültige Abbauprodukt der Purinnukleotide und wird zu etwa 75 %renal,also über die Niere, ausgeschieden. Daneben erfolgt auch eine Elimination überSpeichel,Schweißoder dieintestinaleSekretion, also über den Darm. Die tägliche Ausscheidung beträgt bis zu 1 g.

Bei anderenSäugetierenwird Harnsäure durch das EnzymUricaseinAllantoinumgewandelt.

Obwohl Hominiden Harnsäure nicht weiter abbauen können, besitzen sie in der Niere ein effektives Reabsorptionssystem in Form des Harnsäure/AnionentauschersURAT1.Aus diesem Grund haben sie fünf- bis zehnmal höhere Harnsäure-Spiegel imSerumals andere Säugetiere. Ein möglicher Grund für die hohen Harnsäurekonzentrationen im Blut könnte die antioxidative Wirkung sein.

Eine – nur andere Tiere betreffende – überwiegende Ausscheidung von überschüssigem Stickstoff über Harnsäure bezeichnet man alsUricotelie.

Bei dem marinen PolychaetenPlatynereis dumeriliitritt die Harnsäure alsPheromonauf, welches bei der Paarung der Tiere von den Weibchen ins Wasser abgegeben wird. Dort löst es die Spermienabgabe beim Männchen aus.

Physikochemie

Harnsäure weist unterschiedliche Erscheinungsformen auf, reduzierte und oxidierte. Folglich kommt es auf das Milieu um die Harnsäure an, welcherRedox-Zustand vorliegt. Danach entscheidet sich auch, ob und wie lange mit einem Reaktionspartner eine Bindung eingegangen wird.

Pathophysiologie

Unter bestimmten Bedingungen kann es zum erhöhten Anfall von Harnsäure im Organismus kommen. Der häufigste Grund ist eine unzureichende Harnsäureausscheidung über die Nieren. Wird dabei dasLöslichkeitsproduktüberschritten, kann die Harnsäure in den ableitendenHarnwegen,in derBlutbahnund inbradytrophenGeweben ausfallen und abgelagert werden. Hierbei spielt auch der pH-Wert eine Rolle: Während die Harnsäure im Blut bei einem pH von 7,4 weitgehend dissoziiert und damit löslich ist, kristallisiert sie bei einem saureren pH leicht aus. Dieser wird z. B. im Urin oder in Geweben mit geringer Sauerstoffversorgung (und dadurch vermehrter Lactatbildung) erreicht.

Folge dieserHyperurikämiekönnenUrolithe(Harnsteine bei derHarnsäurelithiasis),GichtundHarnsäureinfarktesein. Das Natriumsalz der Harnsäure,Natriumurat,spielt dabei eine wesentliche Rolle, weil es sich dann als Kristalle (Gicht) oder Steine (Nierensteine) absetzt.

Bestimmte Faktoren erhöhen die Harnsäureproduktion oder die Harnsäuremenge im Organismus:

• Ernährung:
  • Erhöhte AufnahmeFructose-haltiger Lebensmittel (zuckerhaltige Getränke, Süßigkeiten, gezuckerteFrühstücksflockenetc.) assoziiert mit erhöhtem Risiko fürÜbergewicht,GichtundBluthochdruck
  • Erhöhte Aufnahmepurinreicher Lebensmittel
  • Alkoholkonsum hemmt aufgrund desEthanolsdie Harnsäureausscheidung
• Erkrankungen:
  • Hämoblastosen
  • Glykogenosen
  • Lesch-Nyhan-Syndrom
  • IdiopathischeHyperkalzämie
  • Hypertriglyceridämie
  • Chronisches Nierenversagen(Niereninsuffizienz)
  • AkutesTumorlyse-Syndrom
• Begleiterscheinung verschiedenerTherapieformen:
  • Medikamentengabe(beispielsweiseThiazid-Diuretika,Schleifendiuretika)
  • Strahlentherapie

Die Bestimmung der Harnsäurekonzentration ist bei einer Tumortherapie mitZytostatikaoderionisierenden Strahlenvon großer Bedeutung. Werden größere Tumor- und Zellmassen zerstört, so steigt der Harnsäure-Gehalt imBlutrasch an, so dass es zu schweren Nierenschädigungen kommen kann. Durch regelmäßige Kontrolle muss die Tumortherapie so gesteuert werden, dass kritische Harnsäurespiegel nicht erreicht werden.

Harnsäurekristalle im Urin (unter dem Polarisationsmikroskop).

In einer großen epidemiologischen Untersuchung waren erhöhte Harnsäure-Spiegel in der Normalbevölkerung ein moderater Risikofaktor, im weiteren Verlauf an einerchronischen Nierenkrankheitzu erkranken.

Metabolisches Syndrom

→Hauptartikel:Metabolisches Syndrom

Der Begründer derPathologie,Giovanni Battista Morgagni(1682–1771; Professor in Padua), erkannte bereits im 18. Jahrhundert den Zusammenhang zwischenAdipositas,Zuckerkrankheit,BluthochdruckundGicht.In der „Erstbeschreibung “desMetabolischen Syndroms(MetS) durch den Schweden E. Kylin 1923 wird neben der Erhöhung von Körpergewicht, Blutfetten und Blutzucker noch dieHyperurikämieerwähnt. In den aktuell gültigen Definitionen z. B. der International Diabetes Foundation (IDF) fehlt die Hyperurikämie. Eine zunehmende Zahl von Wissenschaftlern nimmt sie aber wieder in ihre Definition des MetS auf.

Nachweisreaktionen

Der Harnsäuregehalt lässt sich im Enzymtest durchPhotometrieunter Verwendung derUratoxidaseund einer Absorption im Bereich von 290 nm messen.

Ein weiterer gebräuchlicher Nachweis erfolgt über das Eindampfen der Harnsäure mit konzentrierterSalpetersäureund Versetzen mitAmmoniak-Lösung in derMurexid-Probe.

Weblinks

Wiktionary: Harnsäure– Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

• Wissenschaft.de:Wie Harnsäure Lähmungen verhindern kann
• Ernährung.de:Harnsäuregehalt von Lebensmitteln(Tabelle; PDF, 77 kB)