ácido beta- hidroxibutírico

No confundir con ácido β-hidroxi β-metilbutírico .

ácido β-hidroxibutírico

Nombres
Nombre IUPAC preferido Ácido 3-hidroxibutanoico
Identificadores
Número CAS	300-85-6 Y
Modelo 3D ( JSmol )	Imagen interactiva Imagen interactiva
3DMet	B00239
Referencia de Beilstein	773861
CHEBI	CHEBI: 20067 Y
CHEMBL	ChEMBL1162496 Y
ChemSpider	428 Y
Tarjeta de información ECHA	100.005.546
IUPHAR / BPS	1593
KEGG	C01089
Malla	beta-hidroxibutirato
PubChem CID	441
UNII	TZP1275679 Y
Tablero CompTox ( EPA )	DTXSID60859511
InChI InChI = 1S / C4H8O3 / c1-3 (5) 2-4 (6) 7 / h3,5H, 2H2,1H3, (H, 6,7) Y Clave: WHBMMWSBFZVSSR-UHFFFAOYSA-N Y InChI = 1 / C4H8O3 / c1-3 (5) 2-4 (6) 7 / h3,5H, 2H2,1H3, (H, 6,7) Clave: WHBMMWSBFZVSSR-UHFFFAOYAO
Sonrisas O = C (O) CC (O) C CC (CC (= O) O) O
Propiedades
Fórmula química	C 4 H 8 O 3
Masa molar	104,105  g · mol −1
Apariencia	Blanco sólido
Punto de fusion	44-46
Compuestos relacionados
Otros aniones	hidroxibutirato
Ácidos carboxílicos relacionados	ácido propiónico ácido láctico ácido 3-hidroxipropanoico ácido malónico ácido hidroxipentanoico ácido butírico ácido β-metilbutírico ácido β-hidroxi ácido 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 materiales en su estado estándar (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).
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Referencias de Infobox

Compuesto químico

El ácido β-hidroxibutírico , también conocido como ácido 3-hidroxibutírico , es un compuesto orgánico y un beta hidroxiácido con la fórmula química CH ₃ CH (OH) CH ₂ CO ₂ H; su base conjugada es 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 principalesendógenas agonistas de receptor de ácido hidroxicarboxílico 2 (HCA ₂ ), un G i / o -junto G receptor acoplado a la proteína (GPCR). ^{[1] [2]}

Biosíntesis

En los seres humanos, el D -β-hidroxibutirato se puede sintetizar en el hígado mediante el metabolismo de los ácidos grasos (p. Ej., Butirato ), β-hidroxi β-metilbutirato y aminoácidos cetogénicos a través de una serie de reacciones que metabolizan estos compuestos en acetoacetato , que es el primer cuerpo cetónico que se produce en ayunas . La biosíntesis de D -β-hidroxibutirato a partir de acetoacetato es catalizada por la enzima β-hidroxibutirato deshidrogenasa .

El butirato también se puede metabolizar en D -β-hidroxibutirato a través de una segunda vía metabólica que no implica 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 de 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 se espera naturalmente, ya que el β-hidroxibutirato se forma a partir de acetoacetato. El cerebro puede utilizar el compuesto como fuente de energía cuando la glucosa en sangre es baja. ^{[5] A los} pacientes diabéticos se les puede hacer una prueba de los 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 el oxalacetatoen las células del hígado se agota, circunstancia creada por la reducción de la ingesta de carbohidratos (a través de la dieta o la inanición); consumo prolongado y excesivo de alcohol; y / o deficiencia de insulina. Debido a que el oxalacetato es crucial para la entrada de acetil-CoA en el ciclo de TCA, la rápida producción de acetil-CoA a partir de la oxidación de ácidos grasos en ausencia de un amplio oxalacetato supera la capacidad disminuida del ciclo de TCA, y el exceso resultante de acetil-CoA es desviado hacia la producción de cuerpos cetónicos. ^{[ cita requerida ]}

Metabolismo de la leucina en humanos L- leucina De cadena ramificada amino aminotransferasa ácido α-cetoglutarato Glutamato Glutamato Alanina Piruvato Músculo : α-cetoisocaproato (α-KIC) Hígado : α-cetoisocaproato (α-KIC) Α-cetoácido deshidrogenasa de cadena ramificada ( mitocondrias ) KIC-dioxigenasa ( citosol ) Isovaleril-CoA β-hidroxi β-metilbutirato ( HMB ) Excretado en orina (10 a 40%) HMB-CoA β-hidroxi β-metilglutaril-CoA (HMG-CoA) β-Metilcrotonil-CoA (MC-CoA) β-Metilglutaconil-CoA (MG-CoA) CO 2 CO 2 O 2 CO 2 H 2 O CO 2 H 2 O ( hígado ) HMG-CoA liasa Enoil-CoA hidratasa Isovaleril-CoA deshidrogenasa MC-CoA carboxilasa MG-CoA hidratasa HMG-CoA reductasa HMG-CoA  sintasa β-hidroxibutirato deshidrogenasa Vía del mevalonato Tiolasa Enzima desconocida β-hidroxibutirato Acetoacetil-CoA Acetil-CoA Acetoacetato Mevalonato Colesterol [nota 1] El acetoacetato, el precursor metabólico del β-hidroxibutirato, es un metabolito de ácidos grasos , aminoácidos cetogénicos como leucina [8] e isoleucina , [8] y β-hidroxi β-metilbutirato .

Actividad biológica

Esta sección necesita expansión con: proteínas transportadoras [9] que la mueven a través de las membranas lipídicas. Puedes ayudar agregando más . ( Febrero de 2018 )

El ácido D -β-hidroxibutírico, junto con el ácido butírico , son los dos agonistas endógenos primarios del receptor 2 del ácido hidroxicarboxílico (HCA ₂ ), un GPCR acoplado a G i / o . ^{[1] [2] [9]}

El ácido β-hidroxibutírico puede atravesar la barrera hematoencefálica hacia el sistema nervioso central . ^{[10] Los} niveles de ácido β-hidroxibutírico aumentan en el hígado , el corazón , los músculos , el cerebro y otros tejidos con el ejercicio , la restricción de calorías , el ayuno y las dietas cetogénicas . ^[10] Se ha descubierto que el compuesto actúa como inhibidor de la histona desacetilasa (HDAC) . ^[10] 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 de TrkB en el hipocampo . ^[10] Además, un estudio con roedores encontró que el ejercicio prolongado aumenta las concentraciones plasmáticas de β-hidroxibutirato, lo que induce a los promotores del gen BDNF en el hipocampo. ^[10] Estos hallazgos pueden tener relevancia clínica en el tratamiento de la depresión , la ansiedad y el deterioro cognitivo . ^[10]

En pacientes con epilepsia con 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. ^[11]

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 es producido naturalmente por la bacteria Alcaligenes eutrophus . ^[12]

El β-hidroxibutirato se puede extraer del poli (3-hidroxibutirato) mediante hidrólisis ácida . ^[13]

La concentración de β-hidroxibutirato en el plasma sanguíneo se mide mediante una prueba que utiliza β-hidroxibutirato deshidrogenasa , con NAD + como cofactor aceptor de electrones. La conversión de β-hidroxibutirato en acetoacetato, que es catalizado por esta enzima, reduce el NAD ⁺ a NADH , generando un cambio eléctrico; la magnitud de este cambio se puede utilizar para extrapolar la cantidad de β-hidroxibutirato en la muestra.

Ver también

• Ácido hidroxibutírico
• Cetogénesis
• Ácido gamma-hidroxibutírico

Notas

1. Esta reacción es catalizada por unaenzima tioesterasa desconocida. ^{[6] [7]}

Referencias

1. 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 Receptores de Ácido Hidroxicarboxílico (GPR81, GPR109A y GPR109B)" . Revisiones farmacológicas . 63 (2): 269–90. doi : 10.1124 / pr.110.003301 . PMID  21454438 .
2. Offermanns S, Colletti SL, IJzerman AP, Lovenberg TW, Semple G, Wise A, Waters MG. "Receptores de ácido hidroxicarboxílico" . Guía de farmacología IUPHAR / BPS . Unión Internacional de Farmacología Básica y Clínica . Consultado el 13 de julio de 2018 .
3. "Metabolismo del butanoato - Vía de referencia" . Enciclopedia de genes y genomas de Kyoto . Laboratorios Kanehisa. 1 de noviembre de 2017 . Consultado el 1 de febrero de 2018 .
4. Perelas A, Staros EB (30 de octubre de 2015). "Beta-hidroxibutirato" . Medscape . WebMD LLC . Consultado el 8 de febrero de 2017 .
5. OE Owen; et al. (1967). "Metabolismo cerebral durante el ayuno" . La Revista de Investigación Clínica . 46 (10): 1589-1595. doi : 10.1172 / JCI105650 . PMC 292907 . PMID 6061736 .  
6. "Reacción de KEGG: R10759" . Enciclopedia de genes y genomas de Kyoto . Laboratorios Kanehisa . Consultado el 24 de junio de 2016 .
7. Simulacro de 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 con deficiencia marginal de biotina" . fuente principal. La Revista de Nutrición . 141 (11): 1925-1930. doi : 10.3945 / jn.111.146126 . PMC 3192457 . PMID 21918059 .  El deterioro metabólico desvía la metilcrotonil CoA a 3-hidroxiisovaleril CoA en una reacción catalizada por enoil-CoA hidratasa (22, 23). La acumulación de 3-hidroxiisovaleril CoA puede inhibir la respiración celular ya sea directamente o mediante 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 carnitina acil-CoA transferasas distribuidas en compartimentos subcelulares probablemente sirva como un importante reservorio de restos acilo (39-41). Es probable que la 3-hidroxiisovaleril CoA se desintoxique por la carnitina acetiltransferasa que produce 3HIA-carnitina, que se transporta a través de la membrana mitocondrial interna (y, por lo tanto, de manera efectiva fuera de las mitocondrias) a través de la translocasa de carnitina-acilcarnitina (39).Se cree que la 3HIA-carnitina se desacila directamente por una hidrolasa a 3HIA o se somete a un segundo intercambio de CoA para formar nuevamente 3-hidroxiisovaleril CoA seguido de la liberación de 3HIA y CoA libre por una tioesterasa.
8. "Degradación de valina, leucina e isoleucina - Vía de referencia" . Enciclopedia de genes y genomas de Kyoto . Laboratorios Kanehisa. 27 de enero de 2016 . Consultado el 1 de febrero de 2018 .
9. "Ácido β-D-hidroxibutírico: actividad biológica" . Guía de farmacología IUPHAR / BPS . Unión Internacional de Farmacología Básica y Clínica . Consultado el 5 de febrero de 2018 .
10. Sleiman SF, Henry J, Al-Haddad R, El Hayek L, Abou Haidar E, Stringer T, Ulja D, Karuppagounder SS, Holson EB, Ratan RR, Ninan I, Chao MV (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 .  
11. Gilbert DL, Pyzik PL, Freeman JM (2000). "La dieta cetogénica: el control de las convulsiones se correlaciona mejor con el beta-hidroxibutirato sérico que con las cetonas en orina". Revista de neurología infantil . 15 (3): 787–790. doi : 10.1177 / 088307380001501203 . PMID 11198492 . S2CID 46659339 .  
12. Yoshiharu Doi; Masao Kunioka; Yoshiyuki Nakamura; Kazuo Soga (1988). "Estudios de resonancia magnética nuclear en copoliésteres bacterianos inusuales de 3-hidroxibutirato y 4-hidroxibutirato". Macromoléculas . 21 (9): 2722–2727. Código Bibliográfico : 1988MaMol..21.2722D . doi : 10.1021 / ma00187a012 .
13. Dieter Seebach, Albert K. Beck, Richard Breitschuh y Kurt Job "Degradación directa del biopolímeroácidopoli [( R ) -3-hidroxibutrrico en ácido ( R ) -3-hidroxibutanoico y su éster metílico" Org. Synth. 1993, 71, 39. doi : 10.15227 / orgsyn.071.0039