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Ácido láctico
7 Milchsäure.svg
Molécula de ácido L-láctico spacefill.png
Nombres
Nombre IUPAC preferido
Ácido 2-hidroxipropanoico [1]
Otros nombres
Ácido láctico [1]
Ácido lácteo
Identificadores
  • 50-21-5 chequeY
  • 79-33-4 ( L ) chequeY
  • 10326-41-7 ( D ) chequeY
Modelo 3D ( JSmol )
3DMet
1720251
CHEBI
CHEMBL
ChemSpider
Tarjeta de información ECHA100.000.017 Edita esto en Wikidata
Número CE
  • 200-018-0
Número eE270 (conservantes)
362717
KEGG
Número RTECS
  • OD2800000
UNII
un numero3265
  • InChI = 1S / C3H6O3 / c1-2 (4) 3 (5) 6 / h2,4H, 1H3, (H, 5,6) / t2- / m0 / s1 chequeY
    Clave: JVTAAEKCZFNVCJ-REOHCLBHSA-N chequeY
  • CC (O) C (= O) O
Propiedades
C 3 H 6 O 3
Masa molar90.078  g · mol −1
Punto de fusion 18 ° C (64 ° F; 291 K)
Punto de ebullición122 ° C (252 ° F; 395 K) a 15  mmHg
Miscible [2]
Acidez (p K a )3,86, [3] 15,1 [4]
Termoquímica
Entalpía estándar de combustión (Δ c H ⦵ 298 )
1361,9 kJ / mol, 325,5 kcal / mol, 15,1 kJ / g, 3,61 kcal / g
Farmacología
Código ATC
G01AD01 ( OMS ) QP53AG02 ( OMS )
Riesgos
Pictogramas GHSGHS05: corrosivo[5]
Declaraciones de peligro GHS
H315 , H318 [5]
Consejos de prudencia del SGA
P280 , P305 + 351 + 338 [5]
Compuestos relacionados
Otros aniones
Lactato
Ácidos carboxílicos relacionados
Ácido acético Ácido
glicólico Ácido
propiónico Ácido
3-hidroxipropanoico Ácido
malónico Ácido
butírico Ácido
hidroxibutírico
Compuestos relacionados
1-Propanol
2-Propanol
propionaldehído
acroleína
sodio lactato
lactato de etilo
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

El ácido láctico es un ácido orgánico . Tiene una fórmula molecular CH 3 CH (OH) COOH. Es blanco en estado sólido y es miscible con agua. [2] Cuando está disuelto, forma una solución incolora. La producción incluye tanto síntesis artificial como fuentes naturales. El ácido láctico es un alfa-hidroxiácido (AHA) debido a la presencia de un grupo hidroxilo adyacente al grupo carboxilo . Se utiliza como intermedio sintético en muchas industrias de síntesis orgánica y en diversas industrias bioquímicas . La base conjugada del ácido láctico se llama lactato..

En solución, puede ionizarse, produciendo el ion lactato CH
3CH (OH) CO-
2. Comparado con el ácido acético , su p K a es 1 unidad menos, lo que significa que el ácido láctico es diez veces más ácido que el ácido acético. Esta mayor acidez es la consecuencia del enlace de hidrógeno intramolecular entre el α-hidroxilo y el grupo carboxilato.

El ácido láctico es quiral y consta de dos enantiómeros . Uno se conoce como ácido L - (+) - láctico o ácido ( S ) -láctico y el otro, su imagen especular, es ácido D - (-) - láctico o ácido ( R ) -láctico. Una mezcla de los dos en cantidades iguales se llama ácido DL - láctico o ácido láctico racémico . El ácido láctico es higroscópico . El ácido DL- láctico es miscible con agua y con etanol por encima de su punto de fusión, que se sitúa en torno a los 16, 17 o 18 ° C. D -ácido láctico y L-El ácido láctico tiene un punto de fusión más alto. El ácido láctico producido por la fermentación de la leche es a menudo racémico, aunque ciertas especies de bacterias producen únicamente ácido ( R ) -láctico. Por otro lado, el ácido láctico producido por la respiración anaeróbica en los músculos de los animales tiene la configuración ( S ) y a veces se le llama ácido "sarcoáctico", del griego "sarx" para carne.

En los animales, el L- lactato se produce constantemente a partir del piruvato a través de la enzima lactato deshidrogenasa (LDH) en un proceso de fermentación durante el metabolismo normal y el ejercicio . [6] No aumenta en concentración hasta que la tasa de producción de lactato excede la tasa de eliminación de lactato, que se rige por varios factores, incluidos los transportadores de monocarboxilato , la concentración e isoforma de LDH y la capacidad oxidativa de los tejidos. [7] La concentración de lactato sanguíneo suele ser de 1 a 2  mM.en reposo, pero puede elevarse a más de 20 mM durante un esfuerzo intenso y hasta 25 mM después. [8] [9] Además de otras funciones biológicas, L ácido láctico es el principal endógeno agonista de receptor de ácido hidroxicarboxílico 1 (HCA 1 ), que es un G i / o -junto G receptor acoplado a la proteína (GPCR). [10] [11]

En la industria, la fermentación del ácido láctico la realizan las bacterias del ácido láctico , que convierten los carbohidratos simples como la glucosa , la sacarosa o la galactosa en ácido láctico. Estas bacterias también pueden crecer en la boca ; el ácido que producen es responsable de la caries dental conocida como caries . [12] [13] [14] [15] En la medicina , lactato es uno de los principales componentes de la solución de lactato de Ringer y solución de Hartmann . Estos intravenososLos fluidos consisten en cationes de sodio y potasio junto con aniones de lactato y cloruro en solución con agua destilada , generalmente en concentraciones isotónicas con la sangre humana . Se utiliza con mayor frecuencia para la reanimación con líquidos después de una pérdida de sangre debido a un traumatismo , una cirugía o quemaduras .

Historia

El químico sueco Carl Wilhelm Scheele fue la primera persona en aislar el ácido láctico en 1780 de la leche agria . [16] El nombre refleja la forma de combinación de lactosa derivada de la palabra latina lac , que significa leche. En 1808, Jöns Jacob Berzelius descubrió que el ácido láctico (en realidad L- lactato) también se produce en los músculos durante el esfuerzo. [17] Su estructura fue establecida por Johannes Wislicenus en 1873.

En 1856, Louis Pasteur descubrió el papel de Lactobacillus en la síntesis de ácido láctico . Esta vía fue utilizada comercialmente por la farmacia alemana Boehringer Ingelheim en 1895.

En 2006, la producción mundial de ácido láctico alcanzó las 275.000 toneladas con un crecimiento anual medio del 10%. [18]

Producción

El ácido láctico se produce industrialmente por fermentación bacteriana de carbohidratos o por síntesis química a partir de acetaldehído . [19] En 2009, el ácido láctico se produjo predominantemente (70-90%) [20] por fermentación. La producción de ácido láctico racémico que consiste en una mezcla 1: 1 de estereoisómeros D y L , o de mezclas con hasta un 99,9% de ácido L- láctico, es posible mediante fermentación microbiana. La producción a escala industrial de ácido D- láctico por fermentación es posible, pero mucho más desafiante.

Producción fermentativa

Los productos lácteos fermentados se obtienen industrialmente mediante fermentación de la leche o suero de leche por Lactobacillus bacterias: Lactobacillus acidophilus , Lactobacillus casei , Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus ( Lactobacillus bulgaricus ), Lactobacillus helveticus , Lactococcus lactis y Streptococcus salivarius subsp. thermophilus ( Streptococcus thermophilus ).

Como material de partida para la producción industrial de ácido láctico, se puede utilizar casi cualquier fuente de carbohidratos que contenga azúcares C 5 y C 6 . Con frecuencia se utilizan sacarosa pura, glucosa de almidón, azúcar sin refinar y jugo de remolacha. [21] Las bacterias productoras de ácido láctico se pueden dividir en dos clases: bacterias homofermentativas como Lactobacillus casei y Lactococcus lactis , que producen dos moles de lactato a partir de un mol de glucosa, y especies heterofermentativas que producen un mol de lactato a partir de un mol de glucosa, así como dióxido de carbono y ácido acético / etanol . [22]

Producción química

El ácido láctico racémico se sintetiza industrialmente haciendo reaccionar acetaldehído con cianuro de hidrógeno e hidrolizando el lactonitrilo resultante . Cuando la hidrólisis se realiza con ácido clorhídrico , se forma cloruro de amonio como subproducto; La empresa japonesa Musashino es uno de los últimos grandes fabricantes de ácido láctico por esta vía. [23] La síntesis de ácidos lácticos racémicos y enantiopuros también es posible a partir de otros materiales de partida ( acetato de vinilo , glicerol , etc.) mediante la aplicación de procedimientos catalíticos. [24]

Biología

Biología molecular

L de ácido láctico es el principal endógeno agonista de receptor de ácido hidroxicarboxílico 1 (HCA 1 ), un G i / o -junto G receptor acoplado a la proteína (GPCR). [10] [11]

Ejercicio y lactato

Durante los ejercicios de potencia, como las carreras de velocidad , cuando la tasa de demanda de energía es alta, la glucosa se descompone y oxida a piruvato , y luego se produce lactato a partir del piruvato más rápido de lo que el cuerpo puede procesar, lo que hace que aumenten las concentraciones de lactato. La producción de lactato es beneficiosa para la regeneración de NAD + (el piruvato se reduce a lactato mientras que el NADH se oxida a NAD + ), que se utiliza en la oxidación del gliceraldehído 3-fosfatodurante la producción de piruvato a partir de glucosa, y esto asegura que se mantenga la producción de energía y pueda continuar el ejercicio. Durante el ejercicio intenso, la cadena respiratoria no puede mantener el ritmo de la cantidad de iones de hidrógeno que se unen para formar NADH y no puede regenerar NAD + con la suficiente rapidez.

El lactato resultante se puede utilizar de dos formas:

  • Oxidación de nuevo a piruvato por células musculares , cardíacas y cerebrales bien oxigenadas.
    • El piruvato se utiliza directamente para alimentar el ciclo de Krebs.
  • Conversión en glucosa a través de la gluconeogénesis en el hígado y liberación a la circulación; ver ciclo de Cori [25]
    • Si las concentraciones de glucosa en sangre son altas, la glucosa se puede utilizar para acumular las reservas de glucógeno del hígado .

Sin embargo, el lactato se forma continuamente en reposo y durante todas las intensidades de ejercicio. Con el uso de trazadores isotópicos estables, George Brooks y sus colegas, de la Universidad de California, Berkeley, observaron que el lactato servía como combustible metabólico que se produce y se elimina oxidativamente en el músculo en reposo y en ejercicio. Algunas causas de esto son el metabolismo en los glóbulos rojos que carecen de mitocondrias y las limitaciones resultantes de la actividad enzimática que se produce en las fibras musculares que tienen una alta capacidad glucolítica. [25]

En 2004, Robergs et al. sostuvo que la acidosis láctica durante el ejercicio es una "construcción" o mito, señalando que parte del H + proviene de la hidrólisis del ATP (ATP 4− + H 2 O → ADP 3− + HPO2−
4+ H + ), y que reducir el piruvato a lactato (piruvato - + NADH + H + → lactato - + NAD + ) en realidad consume H + . [26] Lindinger y col . [27] respondió que habían ignorado los factores causantes del aumento de [H + ]. Después de todo, la producción de lactato - a partir de una molécula neutra debe aumentar [H + ] para mantener la electroneutralidad. Sin embargo, el punto del artículo de Robergs era que el lactato ( se produce a partir del piruvato ) , que tiene la misma carga. Es piruvato -producción a partir de glucosa neutra que genera H + :

   C 6 H 12 O 6 + 2 NAD + + 2 ADP 3− + 2  HPO2−
4		→2  canales
3COCO-
2+ 2 H + + 2 NADH + 2 ATP 4− + 2 H 2 O
Lactato posterior - la producción absorbe estos protones:
2  canales
3COCO-
2+ 2 H + + 2 NADH		→2  canales
3CH (OH) CO-
2+ 2 NAD +
General:
C 6 H 12 O 6 + 2 NAD + + 2 ADP 3− + 2  HPO2−
4		→2  canales
3COCO-
2+ 2 H + + 2 NADH + 2 ATP 4− + 2 H 2 O
→2  canales
3CH (OH) CO-
2+ 2 NAD + + 2 ATP 4− + 2 H 2 O

Aunque la reacción glucosa → 2 lactato - + 2 H + libera dos H + cuando se ve por sí sola, los H + se absorben en la producción de ATP. Por otro lado, la acidez absorbida se libera durante la posterior hidrólisis de ATP: ATP 4− + H 2 O → ADP 3− + HPO2−
4+ H + . Entonces, una vez que se incluye el uso de ATP, la reacción general es

C 6 H 12 O 6 → 2  CH
3COCO-
2+ 2 H +

La generación de CO 2 durante la respiración también provoca un aumento de [H + ].

Fuente de energía del tejido neural

Aunque generalmente se asume que la glucosa es la principal fuente de energía para los tejidos vivos, hay algunos informes que indican que es el lactato, y no la glucosa, el que se metaboliza preferentemente por neuronas en el cerebro de varias especies de mamíferos (los más notables son los ratones). , ratas y humanos ). [28] [29] [se necesita fuente no primaria ] De acuerdo con la hipótesis de la lanzadera de lactato , las células gliales son responsables de transformar la glucosa en lactato y de proporcionar lactato a las neuronas. [30] [31]Debido a esta actividad metabólica local de las células gliales, el líquido extracelular que rodea inmediatamente a las neuronas difiere mucho en composición de la sangre o el líquido cefalorraquídeo , siendo mucho más rico en lactato, como se encontró en estudios de microdiálisis . [28]

Metabolismo del desarrollo cerebral

Alguna evidencia sugiere que el lactato es importante en las etapas tempranas del desarrollo para el metabolismo cerebral en sujetos prenatales y postnatales tempranos , y que el lactato en estas etapas tiene concentraciones más altas en los líquidos corporales y el cerebro lo utiliza preferentemente sobre la glucosa. [28] También se planteó la hipótesis de que el lactato puede ejercer una acción fuerte sobre las redes GABAérgicas en el cerebro en desarrollo , haciéndolas más inhibidoras de lo que se suponía anteriormente, [32] actuando ya sea a través de un mejor apoyo de los metabolitos, [28] o alteraciones en la base niveles de pH intracelular , [33] [34]o ambos. [35]

Los estudios de cortes de cerebro de ratones muestran que el β-hidroxibutirato , el lactato y el piruvato actúan como sustratos de energía oxidativa, provocando un aumento en la fase de oxidación de NAD (P) H, que la glucosa era insuficiente como portador de energía durante una intensa actividad sináptica y, finalmente , que el lactato puede ser un sustrato energético eficiente capaz de mantener y mejorar el metabolismo energético aeróbico cerebral in vitro . [36] El estudio "proporciona datos novedosos sobre los transitorios de fluorescencia de NAD (P) H bifásicos, una importante respuesta fisiológica a la activación neural que se ha reproducido en muchos estudios y que se cree que se origina principalmente a partir de cambios de concentración inducidos por la actividad en el NADH celular quinielas." [37]

El lactato también puede servir como una importante fuente de energía para otros órganos, incluidos el corazón y el hígado. Durante la actividad física, hasta el 60% de la tasa de renovación de energía del músculo cardíaco se deriva de la oxidación del lactato. [dieciséis]

Análisis de sangre

Rangos de referencia para análisis de sangre , comparando el contenido de lactato (mostrado en violeta en el centro a la derecha) con otros componentes en la sangre humana

Se realizan análisis de sangre para el lactato para determinar el estado de la homeostasis ácido-base en el cuerpo. El muestreo de sangre para este propósito es a menudo arterial (incluso si es más difícil que la venopunción ), porque los niveles de lactato difieren sustancialmente entre arterial y venoso, y el nivel arterial es más representativo para este propósito.

Rangos de referencia
Límite inferiorLimite superiorUnidad
Venoso4.5 [38]19,8 [38]mg / dL
0,5 [39]2.2 [39]mmol / L
Arterial4.5 [38]14,4 [38]mg / dL
0,5 [39]1,6 [39]mmol / L

Durante el parto , los niveles de lactato en el feto se pueden cuantificar mediante análisis de sangre del cuero cabelludo fetal .

Precursor de polímero

Se pueden deshidratar dos moléculas de ácido láctico a lactona lactida . En presencia de catalizadores, la lactida se polimeriza en polilactida atáctica o sindiotáctica (PLA), que son poliésteres biodegradables . El PLA es un ejemplo de plástico que no se deriva de productos petroquímicos .

Aplicaciones farmacéuticas y cosméticas

El ácido láctico también se emplea en tecnología farmacéutica para producir lactatos solubles en agua a partir de ingredientes activos que de otro modo serían insolubles. Encuentra más uso en preparaciones tópicas y cosméticos para ajustar la acidez y por sus propiedades desinfectantes y queratolíticas .

Alimentos

El ácido láctico se encuentra principalmente en productos lácteos agrios , como kumis , laban , yogur , kéfir y algunos quesos cottage . La caseína en la leche fermentada se coagula (cuaja) con ácido láctico. El ácido láctico también es responsable del sabor amargo del pan de masa madre .

En las listas de información nutricional, el ácido láctico podría incluirse bajo el término "carbohidrato" (o "carbohidrato por diferencia") porque esto a menudo incluye todo lo que no sea agua, proteínas, grasas, cenizas y etanol. [40] Si este es el caso, la energía alimentaria calculada puede utilizar las 4 kilocalorías estándar (17 kJ) por gramo que se utilizan a menudo para todos los carbohidratos. Pero en algunos casos se ignora el ácido láctico en el cálculo. [41] La densidad energética del ácido láctico es de 362 kilocalorías (1510 kJ) por 100 g. [42]

Algunas cervezas ( cerveza ácida ) contienen deliberadamente ácido láctico, uno de esos tipos son las lambics belgas . Más comúnmente, esto es producido naturalmente por varias cepas de bacterias. Estas bacterias fermentan los azúcares en ácidos, a diferencia de la levadura que fermenta el azúcar en etanol. Después de enfriar el mosto , se permite que la levadura y las bacterias “caigan” en los fermentadores abiertos. Los cerveceros de estilos de cerveza más comunes se asegurarán de que no se permita la entrada de tales bacterias en el fermentador. Otros estilos de cerveza amarga incluyen Berliner weisse , Flanders Red y American Wild Ale . [43] [44]

En la elaboración del vino, a menudo se utiliza un proceso bacteriano, natural o controlado, para convertir el ácido málico presente de forma natural en ácido láctico, para reducir la nitidez y por otras razones relacionadas con el sabor. Esta fermentación maloláctica es realizada por bacterias del ácido láctico .

Aunque normalmente no se encuentra en cantidades significativas en la fruta, el ácido láctico es el principal ácido orgánico de la fruta akebia y constituye el 2,12% del jugo. [45]

Como aditivo alimentario , está aprobado para su uso en la UE, [46] Estados Unidos [47] y Australia y Nueva Zelanda; [48] aparece en la lista por su número SIN 270 o como número E E270. El ácido láctico se utiliza como conservante de alimentos, agente de curado y agente aromatizante. [49] Es un ingrediente de los alimentos procesados ​​y se utiliza como descontaminante durante el procesamiento de la carne. [50] El ácido láctico se produce comercialmente por fermentación de carbohidratos como glucosa, sacarosa o lactosa, o por síntesis química. [49] Las fuentes de carbohidratos incluyen maíz, remolacha y azúcar de caña. [51]

Falsificación

El ácido láctico se ha utilizado históricamente para ayudar con el borrado de tintas de papeles oficiales que se modificarán durante la falsificación . [52]

Productos de limpieza

El ácido láctico se utiliza en algunos limpiadores líquidos como agente desincrustante para eliminar los depósitos de agua dura , como el carbonato de calcio , que forma el lactato, lactato de calcio . Debido a su alta acidez, estos depósitos se eliminan muy rápidamente, especialmente cuando se usa agua hirviendo, como en hervidores. También está ganando popularidad en los detergentes para platos antibacterianos y los jabones de manos que reemplazan al triclosán .

Ver también

  • Ácido hidroxibutírico
  • Ácidos en el vino
  • Ciclo de la alanina
  • Plástico biodegradable
  • Caries dental
  • MCT1 , un transportador de lactato
  • Ácido tiolactico

Referencias

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Enlaces externos

  • Plástico de maíz al rescate
  • Ácido láctico: información y recursos
  • El ácido láctico no es enemigo de los músculos, es combustible
  • Fitzgerald M (26 de enero de 2010). "Los mitos del ácido láctico" . Competidor corriendo .