Ácido β-hidroxibutírico
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| Nombres | |
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| Nombre IUPAC preferido Ácido 3-hidroxibutanoico | |
| Identificadores | |
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Modelo 3D ( JSmol ) |
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| 3DMet |
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| 773861 | |
| EBICh |
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| Química biológica |
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| Araña química |
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| Tarjeta informativa de la ECHA | 100.005.546 |
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| BARRIL |
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| Malla | beta-hidroxibutirato |
Identificador de centro de PubChem |
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| UNIVERSIDAD |
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Panel de control CompTox ( EPA ) |
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| Propiedades | |
| C4H8O3 | |
| Masa molar | 104,105 g·mol −1 |
| Apariencia | sólido blanco |
| Punto de fusión | 44-46 |
| Compuestos relacionados | |
Otros aniones | hidroxibutirato |
Ácidos carboxílicos relacionados | ácido propiónico ácido láctico ácido 3-hidroxipropanoico ácido malónico ácido β-hidroxivalérico ácido butírico ácido β-metilbutírico ácido β-hidroxi β-metilbutírico |
Compuestos relacionados | eritrosa treosa 1,2-butanodiol 1,3-butanodiol 2,3-butanodiol 1,4-butanodiol |
Salvo que se indique lo contrario, los datos se proporcionan para los materiales en su estado estándar (a 25 °C [77 °F], 100 kPa). | |
El ácido β-hidroxibutírico , también conocido como ácido 3-hidroxibutírico o BHB , es un compuesto orgánico y un betahidroxiácido con la fórmula química CH3CH (OH)CH2CO2H ; su base conjugada es el β-hidroxibutirato , también conocido como 3 -hidroxibutirato . El ácido β-hidroxibutírico es un compuesto quiral con dos enantiómeros : ácido D -β-hidroxibutírico y ácido L - β -hidroxibutírico. Sus derivados oxidados y poliméricos se encuentran ampliamente en la naturaleza. En los seres humanos, el ácido D -β-hidroxibutírico es uno de los dos agonistas endógenos primarios del receptor 2 del ácido hidroxicarboxílico (HCA2 ) , un receptor acoplado a proteína G (GPCR) acoplado a G i/o . [1] [2]
Biosíntesis
En los seres humanos, el D -β-hidroxibutirato se puede sintetizar en el hígado a través del metabolismo de los ácidos grasos (p. ej., butirato ), β-hidroxi β-metilbutirato y aminoácidos cetogénicos mediante una serie de reacciones que metabolizan estos compuestos en acetoacetato , que es el primer cuerpo cetónico que se produce en estado de ayuno . La biosíntesis de D -β-hidroxibutirato a partir de acetoacetato está catalizada por la enzima β-hidroxibutirato deshidrogenasa .
El butirato también puede metabolizarse en D -β-hidroxibutirato a través de una segunda vía metabólica que no involucra al acetoacetato como intermediario metabólico. Esta vía metabólica es la siguiente: [3]
- butirato → butiril-CoA → crotonil-CoA → β-hidroxibutiril-CoA → poli-β-hidroxibutirato → D -β- ( D -β-hidroxibutiriloxi ) -butirato → D -β-hidroxibutirato
La última reacción en esta vía metabólica, que implica la conversión de D -β- ( D -β-hidroxibutiriloxi ) -butirato en D -β-hidroxibutirato , es catalizada por la enzima hidroxibutirato-dímero hidrolasa . [3]
La concentración de β-hidroxibutirato en el plasma sanguíneo humano, al igual que con otros cuerpos cetónicos , aumenta a través de la cetosis . [4] Este nivel elevado de β-hidroxibutirato es naturalmente esperado, ya que el β-hidroxibutirato se forma a partir de acetoacetato. El compuesto puede ser utilizado como fuente de energía por el cerebro y el músculo esquelético cuando la glucosa en sangre es baja. [5] [6] [7] [8] Los pacientes diabéticos pueden analizar sus niveles de cetonas a través de la orina o la sangre para indicar cetoacidosis diabética . En la cetoacidosis alcohólica , este cuerpo cetónico se produce en mayor concentración. La cetogénesis ocurre si se agota el oxaloacetato en las células del hígado, una circunstancia creada por la ingesta reducida de carbohidratos (a través de la dieta o la inanición); el consumo prolongado y excesivo de alcohol ; y/o la deficiencia de insulina. Debido a que el oxaloacetato es crucial para la entrada de acetil-CoA en el ciclo del TCA, la rápida producción de acetil-CoA a partir de la oxidación de ácidos grasos en ausencia de suficiente oxaloacetato supera la capacidad reducida del ciclo del TCA, y el exceso resultante de acetil-CoA se desvía hacia la producción de cuerpos cetónicos. [ cita requerida ]
Músculo : α-cetoisocaproato (α-KIC) Hígado : α-cetoisocaproato (α-KIC) β-Hidroxi β-metilbutirato ( HMB ) Se excreta en la orina (10–40%) β-Hidroxi β-metilglutaril-CoA (HMG-CoA) β-Metilcrotonil-CoA (MC-CoA) β-Metilglutaconil-CoA (MG-CoA) ( hígado ) HMG-CoA liasa Enzima desconocida [nota 1]  |
Actividad biológica
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El ácido D -β-hidroxibutírico, junto con el ácido butírico , son los dos agonistas endógenos primarios del receptor de ácido hidroxicarboxílico 2 (HCA 2 ), un GPCR acoplado a G i/o . [1] [2] [12]
El ácido β-hidroxibutírico puede atravesar la barrera hematoencefálica hacia el sistema nervioso central . [13] Los niveles de ácido β-hidroxibutírico aumentan en el hígado , corazón , músculo , cerebro y otros tejidos con ejercicio , restricción calórica , ayuno y dietas cetogénicas . [13] Se ha descubierto que el compuesto actúa como un inhibidor de la histona desacetilasa (HDAC) . [13] A través de la inhibición de las isoenzimas HDAC de clase I HDAC2 y HDAC3 , se ha descubierto que el ácido β-hidroxibutírico aumenta los niveles del factor neurotrófico derivado del cerebro (BDNF) y la señalización TrkB en el hipocampo . [13] Además, un estudio con roedores descubrió que el ejercicio prolongado aumenta las concentraciones plasmáticas de β-hidroxibutirato, lo que induce a los promotores del gen BDNF en el hipocampo. [13] Estos hallazgos pueden tener relevancia clínica en el tratamiento de la depresión , la ansiedad y el deterioro cognitivo . [13]
En pacientes epilépticos que siguen una dieta cetogénica, los niveles de β-hidroxibutirato en sangre se correlacionan mejor con el grado de control de las convulsiones . El umbral para un efecto anticonvulsivo óptimo parece ser de aproximadamente 4 mmol/L. [14]
Química industrial y de laboratorio
El ácido β-hidroxibutírico es el precursor de los poliésteres, que son plásticos biodegradables . Este polímero, poli(3-hidroxibutirato) , también lo produce de forma natural la bacteria Alcaligenes eutrophus . [15]
El β-hidroxibutirato se puede extraer del poli(3-hidroxibutirato) mediante hidrólisis ácida . [16]
La concentración de β-hidroxibutirato en el plasma sanguíneo se mide a través de una prueba que utiliza la β-hidroxibutirato deshidrogenasa , con NAD + como cofactor aceptor de electrones. La conversión de β-hidroxibutirato a acetoacetato, que es catalizada por esta enzima, reduce el NAD + a NADH , generando un cambio eléctrico; la magnitud de este cambio puede entonces utilizarse para extrapolar la cantidad de β-hidroxibutirato en la muestra.
Véase también
Notas
- ^ Esta reacción está catalizada por una enzima tioesterasa desconocida . [9] [10]
Referencias
- ^ ab Offermanns S, Colletti SL, Lovenberg TW, Semple G, Wise A, IJzerman AP (junio de 2011). "Unión Internacional de Farmacología Básica y Clínica. LXXXII: Nomenclatura y clasificación de los receptores de ácido hidroxicarboxílico (GPR81, GPR109A y GPR109B)". Pharmacological Reviews . 63 (2): 269–290. doi : 10.1124/pr.110.003301 . PMID 21454438.
- ^ ab Offermanns S, Colletti SL, IJzerman AP, Lovenberg TW, Semple G, Wise A, Waters MG. "Receptores de ácido hidroxicarboxílico". Guía de farmacología de la IUPHAR/BPS . Unión Internacional de Farmacología Básica y Clínica . Consultado el 13 de julio de 2018 .
- ^ ab "Metabolismo del butanoato - Vía de referencia". Enciclopedia de Kyoto de genes y genomas . Laboratorios Kanehisa. 1 de noviembre de 2017. Consultado el 1 de febrero de 2018 .
- ^ Perelas A, Staros EB (30 de octubre de 2015). "Beta-hidroxibutirato". Medscape . WebMD LLC . Consultado el 8 de febrero de 2017 .
- ^ Owen OE, Morgan AP, Kemp HG, Sullivan JM, Herrera MG, Cahill GF (octubre de 1967). "Metabolismo cerebral durante el ayuno". The Journal of Clinical Investigation . 46 (10): 1589–1595. doi :10.1172/JCI105650. PMC 292907 . PMID 6061736.
- ^ Evans E, Walhin JP, Hengist A, Betts JA, Dearlove DJ, Gonzalez JT (enero de 2023). "La ingestión de monoéster de cetona aumenta las concentraciones séricas de eritropoyetina después del ejercicio en hombres sanos". Revista estadounidense de fisiología. Endocrinología y metabolismo . 324 (1): E56–E61. doi :10.1152/ajpendo.00264.2022. PMC 9870573. PMID 36449571 .
- ^ Cahill GF (1 de agosto de 2006). "Metabolismo de los combustibles en la inanición". Revista Anual de Nutrición . 26 (1): 1–22. doi :10.1146/annurev.nutr.26.061505.111258. PMID 16848698.
- ^ Mikkelsen KH, Seifert T, Secher NH, Grøndal T, van Hall G (febrero de 2015). "Metabolismo de cuerpos cetónicos y energéticos sistémicos, cerebrales y del músculo esquelético durante la hiper-D-β-hidroxibutiratemia aguda en varones sanos posabsortivos". The Journal of Clinical Endocrinology and Metabolism . 100 (2): 636–643. doi : 10.1210/jc.2014-2608 . PMID 25415176.
- ^ "Reacción KEGG: R10759". Enciclopedia de Kyoto de Genes y Genomas . Laboratorios Kanehisa . Consultado el 24 de junio de 2016 .
- ^ Mock DM, Stratton SL, Horvath TD, Bogusiewicz A, Matthews NI, Henrich CL, Dawson AM, Spencer HJ, Owen SN, Boysen G, Moran JH (noviembre de 2011). "La excreción urinaria de ácido 3-hidroxiisovalérico y 3-hidroxiisovaleril carnitina aumenta en respuesta a un desafío de leucina en humanos marginalmente deficientes en biotina". fuente primaria. The Journal of Nutrition . 141 (11): 1925–1930. doi :10.3945/jn.111.146126. PMC 3192457 . PMID 21918059.
El deterioro metabólico desvía metilcrotonil CoA a 3-hidroxiisovaleril CoA en una reacción catalizada por la enoil-CoA hidratasa (22, 23). La acumulación de 3-hidroxiisovaleril CoA puede inhibir la respiración celular ya sea directamente o a través de efectos sobre las proporciones de acil-CoA:CoA libre si no se produce un mayor metabolismo y desintoxicación de 3-hidroxiisovaleril CoA (22). La transferencia a carnitina por 4 transferasas de carnitina acil-CoA distribuidas en compartimentos subcelulares probablemente sirva como un reservorio importante para las fracciones acilo (39-41). Es probable que la 3-hidroxiisovaleril CoA sea desintoxicada por la acetiltransferasa de carnitina que produce 3HIA-carnitina, que se transporta a través de la membrana mitocondrial interna (y, por lo tanto, fuera de las mitocondrias) a través de la translocasa carnitina-acilcarnitina (39). Se cree que la 3HIA-carnitina se desacila directamente por una hidrolasa a 3HIA o sufre un segundo intercambio de CoA para formar nuevamente 3-hidroxiisovaleril CoA seguido de la liberación de 3HIA y CoA libre por una tioesterasa.
- ^ ab "Degradación de valina, leucina e isoleucina - Vía de referencia". Enciclopedia de Kyoto de Genes y Genomas . Laboratorios Kanehisa. 27 de enero de 2016. Consultado el 1 de febrero de 2018 .
- ^ ab "Ácido β-D-hidroxibutírico: actividad biológica". Guía de farmacología de la IUPHAR/BPS . Unión Internacional de Farmacología Básica y Clínica . Consultado el 5 de febrero de 2018 .
- ^ abcdef Sleiman SF, Henry J, Al-Haddad R, El Hayek L, Abou Haidar E, Stringer T, et al. (junio de 2016). "El ejercicio promueve la expresión del factor neurotrófico derivado del cerebro (BDNF) a través de la acción del cuerpo cetónico β-hidroxibutirato". eLife . 5 . doi : 10.7554/eLife.15092 . PMC 4915811 . PMID 27253067.
- ^ Gilbert DL, Pyzik PL, Freeman JM (diciembre de 2000). "La dieta cetogénica: el control de las convulsiones se correlaciona mejor con el beta-hidroxibutirato sérico que con las cetonas urinarias". Journal of Child Neurology . 15 (12): 787–790. doi :10.1177/088307380001501203. PMID 11198492. S2CID 46659339.
- ^ Doi Y, Kunioka M, Nakamura Y, Soga K (1988). "Estudios de resonancia magnética nuclear sobre copoliésteres bacterianos inusuales de 3-hidroxibutirato y 4-hidroxibutirato". Macromolecules . 21 (9): 2722–2727. Código Bibliográfico :1988MaMol..21.2722D. doi :10.1021/ma00187a012.
- ^ Seebach D, Beck AK, Breitschuh R, Job K (abril de 1993). "Degradación directa del biopolímero ácido poli( R )-3-hidroxibutírico a ácido ( R )-3-hidroxibutanoico y su éster metílico". Organic Syntheses . 71 : 39. doi :10.15227/orgsyn.071.0039.
