Sulfatierung

Jeder Einfachzucker kann entweder ohne, mit einer oder mit zwei Sulfatgruppen vorliegen. Am häufigsten sind die Hydroxygruppen der Kohlenstoffatome 4 und 6 des N-Acetyl-Galactosamins mit einer Sulfatgruppe versehen. Die Sulfatierung wird von verschiedenen Sulfotransferasen katalysiert. Der Sulfatierungsgrad liegt bei durchschnittlich 0,8 bezogen auf das Disaccharid.

Folgende Typen werden unterschieden:

Die Typisierung durch die Buchstaben A bis E stammt aus der Zeit, als Chondroitinsulfat bereits isoliert wurde, die Struktur aber noch nicht bekannt war. Die Einordnung von Dermatansulfat unter die Chondroitinsulfate als Chondroitinsulfat B wird heute als Fehlbenennung angesehen, da sich diese Verbindung nicht von der Glucuronsäure, sondern von der Iduronsäure ableitet. Die häufigsten Chondroitinsulfate sind die Typen A, B und C.

Die früher gebräuchliche Bezeichnung Chondroitin ohne „Sulfat“, die benutzt wurde, um eine Kette ohne oder mit sehr wenigen Sulfatgruppen zu beschreiben, ist nicht mehr üblich.

Obwohl der Name darauf hindeutet, dass Chondroitinsulfat ein Salz mit einem Sulfat-Anion sei, ist das Sulfat kovalent an den Zucker gebunden. Da das Molekül bei physiologischem pH mehrere negative Ladungen aufweist, liegt es in den Salzen des Chondroitinsulfats als Anion vor. Das handelsübliche Produkt des Chondroitinsulfats ist gewöhnlich dessen Natriumsalz. Barnhill et al. haben vorgeschlagen, dass alle Chondroitinsulfat-Produkte als „Natriumchondroitin“ bezeichnet werden sollten, ohne Rücksicht auf deren Sulfat-Bindungen.

Eine synthetisch nachsulfatierte Variante ist das Chondroitinpolysulfat („übersulfatiertes Chondroitinsulfat“, englisch „oversulfated chondroitin sulfate“, OSCS). Durch die zusätzliche Sulfatierung wird die antientzündliche (antiinflammatorische) Wirkung der Substanz verstärkt. Chondroitinpolysulfat weist zudem eine gerinnungshemmende (antikoagulatorische) und fibrinolytische Aktivität auf.

Proteinbindung

Biologisch liegt Chondroitinsulfat gewöhnlich an Proteine gebunden vor, als Teil eines Proteoglykans. Die Bindung der Chondroitinsulfatketten erfolgt an den die Hydroxygruppen der Serin-Reste bestimmter Proteine. Wie genau die Proteine für die Bindung mit Glykosaminoglykanen ausgewählt werden, ist noch nicht verstanden. Glykosylierten Serinresten folgen häufig Glycinreste, in der Nachbarschaft finden sich saure Aminosäurenreste.

Als Bindeglied der GAG-Kette dient stets dieselbe Zuckerkette aus drei Zuckereinheiten:

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Ser–O–Xyl–Gal–Gal–GlcA-…
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Jeder Zucker wird von einem spezifischen Enzym angebunden, wodurch eine vielschichtige Kontrolle über die GAG-Synthese erlaubt wird. Xylose wird im endoplasmatischen Reticulum an die Proteine gebunden, während der Rest der Zucker im Golgi-Apparat übertragen wird.

Strukturelle Funktion

Chondroitin-Proteoglykane stellen zusammen mit Kollagen wesentliche Bestandteile der extrazellulären Matrix dar. Sie bewirken die strukturelle Integrität des Gewebes. Typische Vertreter sind Aggrecan, Versican, Brevican und Neurocan.

Als Bestandteil von Aggrecan bildet Chondroitinsulfat einen Großteil der Knorpelmasse. Die eng gepackten, stark geladenen Sulfatgruppen führen zu elektrostatischer Abstoßung der einzelnen Ketten (siehe Coulombsches Gesetz), welche einen Großteil des Widerstands der Knorpel gegen Kompression bedingt. Verlust des Chondroitinsulfats aus den Knorpeln ist eine der häufigsten Ursachen für Arthrose.

Regulierende Funktion

Ebenfalls bedingt durch die negativen Ladungen tritt Chondroitinsulfat leicht in Wechselwirkung mit anderen Proteinen der extrazellulären Matrix. Diese Interaktionen sind bedeutend für die Regulation einer Vielzahl zellulärer Vorgänge. Im Vergleich zu Heparansulfat, einem anderen Proteoglycan der extrazellulären Matrix, ist noch wenig über die Rolle von Chondroitinsulfat-Proteoglycanen bekannt. Bekannt ist, dass Chondroitinsulfat Wachstum und Entwicklung des Nervensystems ebenso wie dessen Reaktion auf Verletzung reguliert.

Knorpelregeneration, Knorpelschutz

Chondroitinsulfat wird arzneilich und diätetisch verwendet in der Behandlung degenerativer Gelenkerkrankungen (Arthrose) z. B. der Hüfte, des Knies oder der Finger. Ebenso wird Chondroitinsulfat zur Nahrungsergänzung eingenommen um den Knorpel gesund zu erhalten und arthrotischen Verschleißerscheinungen vorzubeugen (Chondroprotektion). Häufig wird es dabei mit Glucosamin kombiniert. Der Anwendung liegt die Vorstellung zugrunde, dass das zugeführte Chondroitinsulfat in den Knorpel „eingebaut“ wird. In vitro (d. h., außerhalb eines lebenden Organismus) weist Chondroitinsulfat eine antiinflammatorische Wirkung auf.

Oral wird Chondroitinsulfat üblicherweise in Dosierungen von 800–1.200 mg pro Tag eingesetzt. Eine Dosis, ab der eine pharmakologische Wirksamkeit eintritt, konnte 2007 vom Bundesinstitut für Risikobewertung aufgrund einer unzureichenden Datenlage nicht abgeleitet werden. Da Chondroitin keine einheitliche Substanz ist und es in der Natur in einem breiten Spektrum verschiedener Formen vorliegt, variiert die Zusammensetzung von Fertigprodukten entsprechend. Es gibt im Bereich der Lebensmittel keine verbindlichen Standards für die Zusammensetzung. In den USA wurde 2000 aufgedeckt, dass ein hoher Anteil chondroitinhaltiger Nahrungsergänzungsmittel mit Bezug auf den Chondroitingehalt falsch oder irreführend etikettiert war.

Zur oralen Bioverfügbarkeit von Chondroitinsulfat und seiner Verstoffwechselung gibt es keine validen Daten.

Augenheilkunde und Urologie

Wässerige Chondroitinsulfatlösungen werden in der Augenheilkunde, in Kombination mit Hyaluronat, während Eingriffen am Auge verwendet, um das Hornhautendothel zu benetzen und zu schützen. Als Blasenspüllösung wird Chondroitinsulfat zur Wiederherstellung der Blasenschleimhaut eingesetzt, etwa wenn diese durch eine chronische Entzündung (interstitielle Zystitis) geschädigt ist.

Lokale antientzündliche Anwendung

Ein Anwendungsgebiet für Chondroitinpolysulfat („übersulfatiertes Chondroitinsulfat“) ist die topische Behandlung stumpfer Verletzungen und oberflächlicher Venenentzündungen (Phlebitiden). In Tierversuchen und an Hautmodellen wurde gezeigt, dass Chondroitinpolysulfat durch die Haut in das darunter liegende Gewebe vorzudringen vermag. Dort soll es seine antientzündliche (antiinflammatorische) Wirkung entfalten. Chondroitinpolysulfat wird als Salbe, Creme oder Gel aufgetragen.