Бета-гидроксимасляная кислота - Beta-Hydroxybutyric acid

Не путать с β-гидрокси β-метилмасляная кислота.
бета-Гидроксимасляная кислота
Бета-гидроксимасляная кислота-2D-skeletal.svg
Имена
Название ИЮПАК
3-гидроксибутановая кислота
Идентификаторы
3D модель (JSmol )
3DMet
773861
ЧЭБИ
ЧЭМБЛ
ChemSpider
ECHA InfoCard100.005.546 Отредактируйте это в Викиданных
КЕГГ
MeSHбета-гидроксибутират
UNII
Характеристики
C4ЧАС8О3
Молярная масса104.105 г · моль−1
Внешностьбелое твердое вещество
Температура плавления44-46
Родственные соединения
Другой анионы
гидроксибутират
пропионовая кислота
молочная кислота
3-гидроксипропановая кислота
малоновая кислота
гидроксипентановая кислота
Масляная кислота
β-метилмасляная кислота
β-гидрокси β-метилмасляная кислота
Родственные соединения
эритроза
треоза
1,2-бутандиол
1,3-бутандиол
2,3-бутандиол
1,4-бутандиол
Если не указано иное, данные для материалов приводятся в их стандартное состояние (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
проверитьY проверять (что проверитьY☒N ?)
Ссылки на инфобоксы

β-гидроксимасляная кислота, также известный как 3-гидроксимасляная кислота, представляет собой органическое соединение и бета-гидроксикислота с химическая формула CH3СН (ОН) СН2CO2ЧАС; это сопряженное основание является β-гидроксибутират, также известный как 3-гидроксибутират. β-гидроксимасляная кислота представляет собой хиральный соединение с двумя энантиомеры: D-β-гидроксимасляная кислота и L-β-гидроксимасляная кислота. Его окисленные и полимерные производные широко распространены в природе. В людях, D-β-гидроксимасляная кислота является одним из двух основных эндогенный агонисты из рецептор гидроксикарбоновой кислоты 2 (HCA2), а граммввод / вывод-связанный Рецептор, связанный с G-белком (GPCR).[1][2]

Биосинтез

В людях, D-β-гидроксибутират могут быть синтезированы в печень через метаболизм жирных кислот (например., бутират ), β-гидрокси β-метилбутират, и кетогенные аминокислоты через серию реакций, которые метаболизируют эти соединения в ацетоацетат, что является первым кетоновое тело который производится в голодание государственный. Биосинтез D-β-гидроксибутират из ацетоацетата катализируется β-гидроксибутиратдегидрогеназа фермент.

Бутират также может метаболизироваться в D-β-гидроксибутират через секунду метаболический путь который не включает ацетоацетат в качестве промежуточного продукта метаболизма. Этот метаболический путь выглядит следующим образом:[3]

бутират →бутирил-КоА →кротонил-КоА →β-гидроксибутирил-КоА →поли-β-гидроксибутират →D-β-(D-β-гидроксибутирилокси)-бутират→D-β-гидроксибутират

Последняя реакция в этом метаболическом пути, которая включает превращение D-β-(D-β-гидроксибутирилокси)-бутират в D-β-гидроксибутират, катализируется гидроксибутират-димер гидролаза фермент.[3]

Концентрация β-гидроксибутирата в плазме крови человека, как и других кетоновые тела, увеличивается через кетоз.[4] Этот повышенный уровень β-гидроксибутирата является естественным, поскольку β-гидроксибутират образуется из ацетоацетата. Соединение может использоваться мозгом в качестве источника энергии при глюкоза в крови низкий.[5] Диабетик пациенты могут проверить уровень кетонов в моче или крови, чтобы указать диабетический кетоацидоз. В алкогольный кетоацидоз, это кетоновое тело производится в наибольшей концентрации. Кетогенез возникает, если оксалоацетат в клетках печени истощается, что вызвано снижением потребления углеводов (из-за диеты или голодания); длительное чрезмерное употребление алкоголя; и / или дефицит инсулина. Поскольку оксалоацетат имеет решающее значение для проникновения ацетил-КоА В цикле TCA быстрое производство ацетил-КоА в результате окисления жирных кислот в отсутствие достаточного количества оксалоацетата подавляет сниженную емкость цикла TCA, и возникающий избыток ацетил-КоА направляется в сторону производства кетоновых тел.[нужна цитата ]

Схема метаболизма лейцина, HMB и изовалерил-КоА у человека
Выводится
в моче
(10–40%)


Неизвестный
фермент
Изображение выше содержит интерактивные ссылки
Ацетоацетат, метаболический предшественник β-гидроксибутирата, является метаболитом жирные кислоты, кетогенные аминокислоты Такие как лейцин[8] и изолейцин,[8] и β-гидрокси β-метилбутират.

Биологическая активность

D-β-Оксимасляная кислота вместе с Масляная кислота, являются двумя основными эндогенный агонисты из рецептор гидроксикарбоновой кислоты 2 (HCA2), а граммввод / вывод-связанный GPCR.[1][2][9]

β-гидроксимасляная кислота способна пересекать гематоэнцефалический барьер в Центральная нервная система.[10] Уровни β-гидроксимасляной кислоты повышаются в печень, сердце, мышца, мозг, и другие ткани с упражнение, ограничение калорий, голодание, и кетогенные диеты.[10] Было обнаружено, что соединение действует как ингибитор гистондеацетилазы (HDAC).[10] За счет ингибирования HDAC класса I изоферменты HDAC2 и HDAC3, β-гидроксимасляная кислота увеличивает нейротрофический фактор головного мозга (BDNF) уровни и TrkB сигнализация в гиппокамп.[10] Более того, исследование на грызунах показало, что продолжительные упражнения увеличивают концентрацию β-гидроксибутирата в плазме, что вызывает промоутеры гена BDNF в гиппокампе.[10] Эти данные могут иметь клиническое значение для лечения депрессия, беспокойство, и когнитивные нарушения.[10]

В эпилепсия У пациентов, соблюдающих кетогенную диету, уровень β-гидроксибутирата в крови лучше всего коррелирует со степенью захват контроль. Порог оптимального противосудорожное средство эффект составляет примерно 4 ммоль / л.[11]

Лабораторная и промышленная химия

β-оксимасляная кислота является предшественником сложных полиэфиров, которые биоразлагаемый пластик. Этот полимер, поли (3-гидроксибутират), это также естественно произведенный бактериями Alcaligenes eutrophus.[12]

β-гидроксибутират может быть извлечен из поли (3-гидроксибутирата) кислотой. гидролиз.[13]

Концентрация β-гидроксибутират в плазма крови измеряется с помощью теста, который использует β-гидроксибутиратдегидрогеназа, с НАД+ как электроноакцепторный кофактор. Преобразование β-гидроксибутират в ацетоацетат, который катализируется этим ферментом, восстанавливает НАД+ к НАДН, вызывая электрическое изменение; величина этого изменения затем может быть использована для экстраполяции количества β-гидроксибутират в образце.

Смотрите также

Примечания

  1. ^ Эта реакция катализируется неизвестным тиоэстераза фермент.[6][7]

Рекомендации

  1. ^ а б Offermanns S, Colletti SL, Lovenberg TW, Semple G, Wise A, IJzerman AP (июнь 2011 г.). «Международный союз фундаментальной и клинической фармакологии. LXXXII: Номенклатура и классификация рецепторов гидроксикарбоновых кислот (GPR81, GPR109A и GPR109B)». Фармакологические обзоры. 63 (2): 269–90. Дои:10.1124 / пр.110.003301. PMID  21454438.
  2. ^ а б Offermanns S, Colletti SL, IJzerman AP, Lovenberg TW, Semple G, Wise A, Waters MG. «Рецепторы гидроксикарбоновой кислоты». IUPHAR / BPS Руководство по фармакологии. Международный союз фундаментальной и клинической фармакологии. Получено 13 июля 2018.
  3. ^ а б «Метаболизм бутаноата - контрольный путь». Киотская энциклопедия генов и геномов. Kanehisa Laboratories. 1 ноября 2017 г.. Получено 1 февраля 2018.
  4. ^ Перелас А., Старос Е.Б. (30 октября 2015 г.). «Бета-гидроксибутират». Medscape. WebMD LLC. Получено 8 февраля, 2017.
  5. ^ О. Э. Оуэн; и другие. (1967). «Метаболизм мозга во время голодания». Журнал клинических исследований. 46 (10): 1589–1595. Дои:10.1172 / JCI105650. ЧВК  292907. PMID  6061736.
  6. ^ "Реакция KEGG: R10759". Киотская энциклопедия генов и геномов. Kanehisa Laboratories. Получено 24 июн 2016.
  7. ^ Mock DM, Stratton SL, Horvath TD, Bogusiewicz A, Matthews NI, Henrich CL, Dawson AM, Spencer HJ, Owen SN, Boysen G, Moran JH (ноябрь 2011 г.). «Экскреция с мочой 3-гидроксиизовалериановой кислоты и 3-гидроксиизовалерилкарнитина увеличивается в ответ на дозу лейцина у людей с незначительным дефицитом биотина». основной источник. Журнал питания. 141 (11): 1925–1930. Дои:10.3945 / jn.111.146126. ЧВК  3192457. PMID  21918059. Нарушение метаболизма переводит метилкротонил-КоА в 3-гидроксиизовалерил-КоА в реакции, катализируемой еноил-КоА-гидратазой (22, 23). Накопление 3-гидроксиизовалерил-КоА может подавлять клеточное дыхание либо напрямую, либо посредством воздействия на соотношение ацил-КоА: свободный КоА, если не происходит дальнейшего метаболизма и детоксикации 3-гидроксиизовалерил-КоА (22). Перенос карнитина с помощью 4 карнитин-ацил-CoA трансфераз, распределенных в субклеточных компартментах, вероятно, служит важным резервуаром для ацильных фрагментов (39–41). 3-Гидроксиизовалерил-КоА, вероятно, детоксифицируется карнитин-ацетилтрансферазой, продуцирующей 3HIA-карнитин, который транспортируется через внутреннюю митохондриальную мембрану (и, следовательно, эффективно из митохондрий) через карнитин-ацилкарнитинтранслоказу (39). Считается, что 3HIA-карнитин либо непосредственно деацилируется гидролазой до 3HIA, либо подвергается второму обмену КоА с образованием 3-гидроксиизовалерил-КоА с последующим высвобождением 3HIA и свободного КоА тиоэстеразой.
  8. ^ а б «Разложение валина, лейцина и изолейцина - контрольный путь». Киотская энциклопедия генов и геномов. Kanehisa Laboratories. 27 января 2016 г.. Получено 1 февраля 2018.
  9. ^ а б «β-D-гидроксимасляная кислота: биологическая активность». IUPHAR / BPS Руководство по фармакологии. Международный союз фундаментальной и клинической фармакологии. Получено 5 февраля 2018.
  10. ^ а б c d е ж Слейман С.Ф., Генри Дж., Аль-Хаддад Р., Эль-Хайек Л., Абу Хайдар Е., Стрингер Т., Улджа Д., Каруппагаундер СС, Холсон Б. Б., Ратан Р. Р., Нинан I, Чао М. В. (2016). «Упражнения способствуют экспрессии нейротрофического фактора мозга (BDNF) за счет действия β-гидроксибутирата кетоновых тел». eLife. 5. Дои:10.7554 / eLife.15092. ЧВК  4915811. PMID  27253067.
  11. ^ Гилберт Д.Л., Пизик П.Л., Фриман Дж. М. (2000). «Кетогенная диета: контроль судорог лучше коррелирует с бета-гидроксибутиратом сыворотки, чем с кетонами в моче». Журнал детской неврологии. 15 (3): 787–790. Дои:10.1177/088307380001501203. PMID  11198492.
  12. ^ Ёсихару Дои; Масао Куниока; Ёсиюки Накамура; Казуо Сога (1988). «Ядерно-магнитные резонансные исследования необычных бактериальных сополиэфиров 3-гидроксибутирата и 4-гидроксибутирата». Макромолекулы. 21 (9): 2722–2727. Дои:10.1021 / ma00187a012.
  13. ^ Дитер Зеебах, Альберт К. Бек, Ричард Брайчух и Курт Джоб "Прямая деградация биополимерного поли [(р) -3-гидроксимасляная кислота до (р) -3-гидроксибутановая кислота и ее метиловый эфир "Org. Synth. 1993, 71, 39. Дои:10.15227 / orgsyn.071.0039