Harnsäure

Strukturformel
Allgemeines
Name	Harnsäure
Andere Namen	2,6,8-Trihydroxypurin Purin-2,6,8,triol
Summenformel	C5H4N4O3
CAS-Nummer	69-93-2 [1]
Kurzbeschreibung	geruchlose weiße bis hellbeigefarbene Kristalle [1]
Eigenschaften
Molare Masse	168,11 g·mol−1
Aggregatzustand	fest
Dichte	1,89 g·cm−3 [1]
Schmelzpunkt	>300 °C [1]
Löslichkeit	unlöslich in Wasser [1]
Sicherheitshinweise
Gefahrstoffkennzeichnung keine Gefahrensymbole  [1] R- und S-Sätze R: keine R-Sätze [1] S: keine S-Sätze [1]
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Harnsäure ist das Endprodukt des Nucleinsäurenabbaus (hier: Abbau von Purinbasen) bei Reptilien, Vögeln, Affen und Menschen. Bei Reptilien und Vögeln werden auch Aminosäuren zu Harnsäure abgebaut. Ihre Salze heißen Urate.

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Struktur

Harnsäure ist als 2,6,8-Trihydroxypurin aus einem aromatischen Sechsring aufgebaut, an den sich ein Fünfring anschließt. In der Ringstruktur substituieren vier Stickstoff-Atome die Kohlenstoff-Atome 1, 3, 7 und 9. An die Kohlenstoff-Atome 2, 6 und 8 sind Hydroxygruppen beziehungsweise Oxogruppen gebunden.

Eigenschaften

Harnsäure bildet weiße, geruchlose Kristalle, die ab 300 °C schmelzen. Sie tritt in zwei tautomeren Hauptformen (Lactam- und Lactimform, siehe auch Tautomerie) auf (von 22 weiteren Tautomeren). Harnsäure ist als schwache Säure nur schlecht in protoniertem Zustand (beispielsweise in Wasser), dagegen gut in basischen Medien löslich. Auch die Alkalisalze (besonders Lithium) haben eine bessere Wasserlöslichkeit.

Biologische Bedeutung

Physiologie

Im Organismus von Hominiden, also Menschen und Menschenaffen, entsteht Harnsäure als Abbauprodukt der Purinbasen und ist damit das Endprodukt des Purinstoffwechsels. Sie entsteht aus Hypoxanthin oder Xanthin durch das Enzym Xanthinoxidase. Harnsäure ist das endgültige Abbauprodukt der Purinnukleotide und wird zu etwa 75 % renal, also über die Niere, ausgeschieden. Daneben erfolgt auch eine Elimination über Speichel, Schweiß oder die intestinale Sekretion, also über den Darm. Die tägliche Ausscheidung beträgt bis zu 1 g.

Bei anderen Säugetieren wird Harnsäure durch das Enzym Uricase in Allantoin umgewandelt. Es gibt heute verschiedene Theorien über den Verlust dieses Stoffwechselweges bei Hominiden im Miozän, d.h. vor 10 Millionen Jahren. Nach S. Watanabe et al., Hypertension 2002;40:355-360, verhalf der Verlust der Aktivität der Uricase den Hominiden zu einem Sektionsvorteil: Unter Kochsalz-armer Ernährung führte der höhere Harnsäure-Blutspiegel akut zu gesteigerter Konservierung von Kochsalz und chronisch zu Salzsensitivität. So kam es zu einem höheren Niveau des Blutdrucks und aufrechter Gang wurde möglich.

Obwohl Hominiden Harnsäure nicht weiter abbauen können, besitzen sie in der Niere ein effektives Rückresorptionssystem in Form des Harnsäure/Anionentauschers URAT1. Aus diesem Grund haben sie 5- bis 10-mal höhere Harnsäure-Spiegel im Serum als andere Säugetiere.

Eine überwiegende Ausscheidung von überschüssigem Stickstoff über Harnsäure bezeichnet man als Uricotelie.

Physikochemie

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

Pathophysiologie

Unter bestimmten Bedingungen kommt es zu einer erhöhten Produktion von Harnsäure. Der weit häufigere Grund für eine erhöhte Harnsäurekonzentration ist jedoch eine unzureichende Harnsäureausscheidung über die Nieren. Wird dabei Löslichkeitsprodukt überschritten, kann die Harnsäure in den ableitenden Harnwegen, in der Blutbahn oder in bradytrophen Geweben ausfallen und abgelagert werden.

Folge dieser Hyperurikämie können Urolithe (Harnsteine), Gicht oder Harnsäureinfarkte sein.

Verschiedene Faktoren erhöhen die Harnsäureproduktion:

• Erkrankungen
  • Hämoblastosen
  • Glykogenosen
  • Lesch-Nyhan-Syndrom
  • Idiopathische Hyperkalzämie
  • Hypertriglyceridämie
  • Chronisches Nierenversagen (Niereninsuffizienz)
  • Akutes Tumorlyse-Syndrom
• Begleiterscheinung verschiedener Therapieformen
  • Medikamentengabe (beispielsweise Thiazid-Diuretika)
  • Strahlentherapie
• Ernährung: erhöhte Aufnahme Fructose-haltiger und/oder purinreicher Lebensmittel

Die Bestimmung der Harnsäurekonzentration ist von großer Bedeutung bei einer Tumortherapie mit Zytostatika oder ionisierenden Strahlen. Werden größere Tumor- und Zellmassen zerstört, so steigt der Harnsäure-Gehalt im Blut rasch an, so dass es zu schweren Nierenschädigungen kommen kann. Durch regelmäßige Bestimmung muss die Tumortherapie so gesteuert werden, dass kritische Harnsäurespiegel vermieden werden.

Alkohol hemmt die Harnsäureausscheidung.

Metabolisches Syndrom

Der Begründer der pathologischen Anatomie Giovanni Battista Morgagni (1682-1771; Professor in Padua) erkannte bereits im 18. Jahrhundert den Zusammenhang zwischen Obesitas, Diabetes mellitus, Bluthochdruck und Gicht. In der "Erstbeschreibung" des Metabolischen Syndroms (MetS) durch den Schweden E. Kylin 1923 wird neben der Erhöhungen von Körpergewicht, Blutfetten und Blutzucker noch die Hyperurikämie erwähnt. 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 durch Photometrie unter Verwendung der Uratoxidase und einer Absorption im Bereich von 290 nm messen.
Ein weiterer gebräuchlicher Nachweis erfolgt über das Eindampfen der Harnsäure mit konzentrierter Salpetersäure und Versetzen mit Ammoniak-Lösung in der Murexid-Probe.

Quellen

1. ↑ ^{a b c d e f g h} Herstellerangaben der Firma Carl Roth: http://www.carl-roth.de/jsp/de-de/sdpdf/4999.PDF. 7. Jun. 2007