Citrase

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Citrat bezieht sich in der Regel auf Tri-n-butylcitrat (TBC). Die chemische Bezeichnung lautet Tributyl-3-hydroxy-3-carboxyglutarat; es handelt sich um eine Esterverbindung. Es ist eine farblose, transparente Flüssigkeit mit hohem Siedepunkt, in Wasser gering löslich und mit den meisten organischen Lösungsmitteln mischbar. Industriell wird es durch die Reaktion von Zitronensäure und n-Butanol hergestellt. Es kann direkt als Weichmacher eingesetzt oder zu dem leistungsfähigen Weichmacher Acetyltributylcitrat (ATBC) weiterverarbeitet werden. Dieses Produkt ist gering toxisch und kann als nicht toxischer Weichmacher eingestuft werden. Es ist allgemein als umweltfreundlicher Weichmacher bekannt und kann Phthalat-Weichmacher mit eingeschränkten Anwendungsbereichen ersetzen.

Abbildung 1. Struktur von Citrat.

Einführung

TBC hat die Summenformel C₁₈H₃₂O₇ und eine molare Masse von 360,44 g/mol. Es ist eine farblose bis hellgelbe Flüssigkeit und mit Aceton, CCl₄, Mineralöl, Essigsäure, Rizinusöl, Alkohol sowie deren Lösungsmitteln mischbar; in Wasser ist es unlöslich. Es ist ungiftig und geschmacksneutral, weist eine geringe Flüchtigkeit sowie Wärme-, Licht- und Wasserbeständigkeit auf und besitzt eine gute Verträglichkeit mit Vinylharzen, Celluloseacetat, Celluloseacetylbutyrat, Ethylcellulose, Benzylcellulose usw.; es ist ein Weichmacher mit guter Weichmachereffizienz. Zudem ist es antibakteriell (kein Bakterienwachstum), nicht reizend, flammhemmend und abbaubar. LD₅₀ (oral): Ratte > 7 mL/(kg Körpergewicht), Katze > 3,5 mL/(kg Körpergewicht). Ratten, die mit 10 % TBC gefüttert wurden, zeigten nach 8 Wochen keine Organanomalien. TBC löst sich nicht im tierischen Organismus, sondern wird ausgeschieden. Es hat keine Auswirkungen auf den Menschen und gilt als sicher. Die TBC-Qualität wird in hochwertige Ware und Ware erster Klasse unterteilt. Spezifikationen: Aussehen farblose transparente Flüssigkeit bzw. nahezu farblose transparente Flüssigkeit; Farbe (Iodfarbzahl) ≤ 50; Säurezahl (als Zitronensäure, mg KOH/g) ≤ 0,015; Wassergehalt ≤ 0,3; Gehalt ≥ 99,7 %; d₂₀ 4 1,037–1,047.

Isomerie

Chemisch weist Butanol vier Isomere auf: n-Butanol, Isobutanol, sec-Butanol und tert-Butanol. Das entsprechende Tributylcitrat liegt in vier Isomeren vor: Tri-n-butylcitrat, Triisobutylcitrat, Tri-sec-butylcitrat und Tri-tert-butylcitrat. Industriell ist Tri-n-butylcitrat der leistungsfähigste Weichmacher, gefolgt von Triisobutylcitrat; Tri-sec-butylcitrat ist selten anzutreffen.

Citrat als Metabolit

Citrat und Isocitrat sind Zwischenprodukte des Tricarbonsäure-(TCA-)Zyklus in Mitochondrien und Bakterien. In Mitochondrien bildet die Citrat-Synthase aus Oxalacetat (OAA) und Acetyl-CoA Citrat. Citrat kann über den Citrat-Carrier (CIC) aus den Mitochondrien in das Zytosol transportiert werden, um OAA und Acetyl-CoA wiederherzustellen. Acetyl-CoA kann für die Synthese von Fettsäuren und für die Histonacetylierung genutzt werden. OAA kann in Pyruvat oder Laktat umgewandelt werden. Citrat hemmt die Glykolyse und den TCA-Zyklus und stimuliert die Glukoneogenese und die Lipidsynthese. Während einer Entzündung regulieren aktivierte Makrophagen den TCA-Zyklus herunter und leiten Citrat von der ATP-Produktion in das Zytosol um, zur Prostaglandinproduktion sowie – über NADPH – zur Bildung von NO und reaktiven Sauerstoffspezies. In Krebszellen ist CIC hochreguliert, und Citrat wird aus den Mitochondrien in das Zytosol für anabole Prozesse umgeleitet.

Citrat als Chelatbildner

Citrat ist ein Chelatbildner für zwei- und dreiwertige Metallionen (Me²⁺, Me³⁺). Natriumcitrat wird als Blutantikoagulans bei der Verarbeitung von Blutentnahmen sowie während der Hämofiltration und Hämodialyse eingesetzt, da Citrat Ca²⁺ chelatiert, das ein essenzieller Bestandteil der Blutgerinnungskaskade ist. Das Risiko einer Hypokalzämie und Hypomagnesiämie ist gering, da Citrat in den Nieren, der Leber und der Skelettmuskulatur metabolisiert wird und Calcium und Magnesium anschließend wieder in den Kreislauf freigesetzt werden. In der renalen Tubulusflüssigkeit und im Urin hält Citrat Ca²⁺ in löslicher Form und verhindert dessen Kristallisation als Calciumoxalat und -phosphat sowie die Bildung von Nierensteinen. Der Calcium-sensing-Rezeptor (CaSR) im Tubulussystem reguliert den Citrattransport aus der Tubulusflüssigkeit über den Dicarboxylat-Transporter NaDC1.

Referenz

1. Iacobazzi V.; et al. Citrate - new functions for an old metabolite. Biol Chem. 2014; 395(4): 387-399.