β-гидроксимасляная кислота
 | |
| Имена | |
|---|---|
| Предпочтительное название ИЮПАК 3-гидроксибутановая кислота | |
| Идентификаторы | |
3D model ( JSmol ) | |
| 3DMeet | |
| 773861 | |
| ЧЭБИ | |
| ЧЕМБЛ | |
| ХимическийПаук | |
| Информационная карта ECHA | 100.005.546 |
| КЕГГ | |
| МеШ | бета-гидроксибутират |
ПабХим CID | |
| НЕКОТОРЫЙ | |
Панель управления CompTox ( EPA ) | |
| Характеристики | |
| C4H8OC4H8O3 | |
| Молярная масса | 104.105 g·mol −1 |
| Появление | белое твердое вещество |
| Температура плавления | 44-46 |
| Родственные соединения | |
Другие анионы | гидроксибутират |
Родственные карбоновые кислоты | пропионовая кислота молочная кислота 3-гидроксипропановая кислота малоновая кислота гидроксипентановая кислота масляная кислота β-метилмасляная кислота β-гидрокси β-метилмасляная кислота |
Родственные соединения | эритроза тройка 1,2-бутандиол 1,3-бутандиол 2,3-бутандиол 1,4-бутандиол |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа). | |
β-Гидроксимасляная кислота , также известная как 3-гидроксимасляная кислота или BHB , представляет собой органическое соединение и бета-гидроксикислоту с химической формулой CH 3 CH(OH)CH 2 CO 2 H; его сопряженное основание — β-гидроксибутират , также известный как 3-гидроксибутират . β-гидроксимасляная кислота представляет собой хиральное соединение с двумя энантиомерами : D -β-гидроксимасляной кислотой и L -β-гидроксимасляной кислотой. Его окисленные и полимерные производные широко распространены в природе. У людей D -β-гидроксимасляная кислота является одним из двух первичных эндогенных агонистов рецептора 2 гидроксикарбоновой кислоты (HCA 2 ), G i/o -сопряженного рецептора, связанного с G-белком (GPCR). [1] [2]
Биосинтез
[ редактировать ]У человека D -β-гидроксибутират может синтезироваться в печени посредством метаболизма жирных кислот (например, бутирата ), β-гидрокси- β-метилбутирата и кетогенных аминокислот посредством серии реакций, которые метаболизируют эти соединения в ацетоацетат , который Это первое кетоновое тело , которое вырабатывается натощак . Биосинтез D -β-гидроксибутирата из ацетоацетата катализируется ферментом -гидроксибутиратдегидрогеназой β .
Бутират также может метаболизироваться в D -β-гидроксибутират по второму метаболическому пути , 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 этого метаболического пути, которая включает превращение D -β- ( D -β-гидроксибутирилокси ) -бутират в D -β-гидроксибутират , катализируется ферментом гидроксибутират-димергидролазой . [3]
Концентрация β-гидроксибутирата в плазме крови человека, как и других кетоновых тел , увеличивается за счет кетоза . [4] Такой повышенный уровень β-гидроксибутирата вполне ожидаем, поскольку β-гидроксибутират образуется из ацетоацетата. Соединение может использоваться в качестве источника энергии для мозга и скелетных мышц при низком уровне глюкозы в крови . [5] [6] [7] [8] Пациенты с диабетом могут проверить уровень кетонов в моче или крови, чтобы выявить диабетический кетоацидоз . При алкогольном кетоацидозе это кетоновое тело вырабатывается в наибольшей концентрации. Кетогенез возникает, если оксалоацетат в клетках печени истощается, что вызвано снижением потребления углеводов (из-за диеты или голодания); длительное, чрезмерное алкоголя употребление ; и/или дефицит инсулина. Поскольку оксалоацетат имеет решающее значение для входа ацетил-КоА в цикл ТСА, быстрое производство ацетил-КоА в результате окисления жирных кислот в отсутствие достаточного количества оксалоацетата подавляет снижение мощности цикла ТСА, и образующийся в результате избыток ацетил-КоА переориентирован на выработку кетоновых тел. [ нужна ссылка ]
 |
Биологическая активность
[ редактировать ]![[икона]](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/1/1c/Wiki_letter_w_cropped.svg/44px-Wiki_letter_w_cropped.svg.png){kind=small} | Этот раздел нуждается в дополнении: белки-транспортеры. [12] которые перемещают его через липидные мембраны. Вы можете помочь, добавив к нему . ( февраль 2018 г. ) |
D -β-Гидроксимасляная кислота, наряду с масляной кислотой , являются двумя первичными эндогенными агонистами рецептора 2 гидроксикарбоновой кислоты (HCA 2 ), G i/o -связанного GPCR . [1] [2] [12]
β-гидроксимасляная кислота способна проникать через гематоэнцефалический барьер в центральную нервную систему . [13] Уровни β-гидроксимасляной кислоты увеличиваются в печени , сердце , мышцах , мозге и других тканях при физических нагрузках , ограничении калорий , голодании и кетогенной диете . [13] Было обнаружено, что это соединение действует как ингибитор гистондеацетилазы (HDAC) . [13] посредством ингибирования изоферментов HDAC класса I HDAC2 и HDAC3 Было обнаружено, что β-гидроксимасляная кислота увеличивает уровни нейротрофического фактора головного мозга (BDNF) и TrkB передачу сигналов в гиппокампе . [13] Более того, исследование на грызунах показало, что длительные физические упражнения повышают концентрацию β-гидроксибутирата в плазме, что индуцирует промоторы гена BDNF в гиппокампе. [13] Эти результаты могут иметь клиническое значение при лечении депрессии , тревоги и когнитивных нарушений . [13]
У пациентов с эпилепсией, находящихся на кетогенной диете, уровень β-гидроксибутирата в крови лучше всего коррелирует со степенью контроля приступов . Порог оптимального противосудорожного эффекта составляет примерно 4 ммоль/л. [14]
Лабораторная и промышленная химия
[ редактировать ]β-гидроксимасляная кислота является предшественником полиэфиров, которые являются биоразлагаемыми пластиками . Этот полимер, поли(3-гидроксибутират) , также естественным образом вырабатывается бактериями Alcaligenes eutropus . [15]
β-Гидроксибутират можно экстрагировать из поли(3-гидроксибутирата) кислотным гидролизом . [16]
Концентрацию β-гидроксибутиратдегидрогеназы в плазме крови измеряют с помощью теста, в котором используется β-гидроксибутиратдегидрогеназа с НАД. + как электроноакцепторный кофактор. Превращение β-гидроксибутирата в ацетоацетат, катализируемое этим ферментом, снижает НАД. + НАДН , вызывающий электрические изменения; величину этого изменения можно затем использовать для экстраполяции количества β-гидроксибутирата в образце.
См. также
[ редактировать ]- Гамма-гидроксимасляная кислота
- β-гидрокси β-метилмасляная кислота (HMB)
- Гидроксимасляная кислота
- Кетогенез
Примечания
[ редактировать ]- ^ Эта реакция катализируется неизвестным ферментом тиоэстеразой . [9] [10]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б Офферманнс С., Коллетти С.Л., Ловенберг Т.В., Семпл Г., Уайз А., Эйзерман А.П. (июнь 2011 г.). «Международный союз фундаментальной и клинической фармакологии. LXXXII: Номенклатура и классификация рецепторов гидроксикарбоновых кислот (GPR81, GPR109A и GPR109B)» . Фармакологические обзоры . 63 (2): 269–290. дои : 10.1124/пр.110.003301 . ПМИД 21454438 .
- ^ Перейти обратно: а б Офферманнс С., Коллетти С.Л., Эйзерман А.П., Ловенберг Т.В., Семпл Дж., Уайз А., Уотерс М.Г. «Рецепторы гидроксикарбоновой кислоты» . Руководство IUPHAR/BPS по фармакологии . Международный союз фундаментальной и клинической фармакологии . Проверено 13 июля 2018 г.
- ^ Перейти обратно: а б «Метаболизм бутаноата – эталонный путь» . Киотская энциклопедия генов и геномов . Лаборатории Канеиса. 1 ноября 2017 года . Проверено 1 февраля 2018 г.
- ^ Перелас А., Старос Е.Б. (30 октября 2015 г.). «Бета-гидроксибутират» . Медскейп . ООО «ВебМД» . Проверено 8 февраля 2017 г.
- ^ Оуэн О.Э., Морган А.П., Кемп Х.Г., Салливан Дж.М., Эррера М.Г., Кэхилл Г.Ф. (октябрь 1967 г.). «Мозговой метаболизм при голодании» . Журнал клинических исследований . 46 (10): 1589–1595. дои : 10.1172/JCI105650 . ПМК 292907 . ПМИД 6061736 .
- ^ Эванс Э., Уолхин Дж.П., Хенгист А., Беттс Дж.А., Дирлав DJ, Гонсалес Дж.Т. (январь 2023 г.). «Прием внутрь кетоновых моноэфиров увеличивает концентрацию эритропоэтина в сыворотке крови после тренировки у здоровых мужчин» . Американский журнал физиологии. Эндокринология и обмен веществ . 324 (1): E56–E61. дои : 10.1152/ajpendo.00264.2022 . ПМЦ 9870573 . ПМИД 36449571 .
- ^ Кэхилл Г.Ф. (1 августа 2006 г.). «Топливный обмен при голодании». Ежегодный обзор питания . 26 (1): 1–22. дои : 10.1146/annurev.nutr.26.061505.111258 . ПМИД 16848698 .
- ^ Миккельсен К.Х., Зайферт Т., Сечер Н.Х., Грёндаль Т., ван Холл Г. (февраль 2015 г.). «Системный кетоновое тело, кетоновое тело головного мозга и скелетных мышц и энергетический метаболизм во время острой гипер-D-β-гидроксибутиратемии у здоровых мужчин после абсорбции» . Журнал клинической эндокринологии и метаболизма . 100 (2): 636–643. дои : 10.1210/jc.2014-2608 . ПМИД 25415176 .
- ^ «Реакция KEGG: R10759» . Киотская энциклопедия генов и геномов . Лаборатории Канеиса . Проверено 24 июня 2016 г.
- ^ Мок Д.М., Страттон С.Л., Хорват Т.Д., Богусевич А., Мэтьюз Н.И., Хенрих К.Л., Доусон А.М., Спенсер Х.Дж., Оуэн С.Н., Бойсен Г., Моран Дж.Х. (ноябрь 2011 г.). «Выведение с мочой 3-гидроксиизовалериановой кислоты и 3-гидроксиизовалерилкарнитина увеличивается в ответ на введение лейцина у людей с незначительным дефицитом биотина» . первоисточник. Журнал питания . 141 (11): 1925–1930. дои : 10.3945/jn.111.146126 . ПМК 3192457 . ПМИД 21918059 .
Метаболические нарушения превращают метилкротонил-КоА в 3-гидроксиизовалерил-КоА в реакции, катализируемой еноил-КоА-гидратазой (22, 23). Накопление 3-гидроксиизовалерил-КоА может ингибировать клеточное дыхание либо напрямую, либо путем 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-КоА-трансфераз, распределенных в субклеточных компартментах, вероятно, служит важным резервуаром для ацильных фрагментов (39–41). 3-Гидроксиизовалерил-КоА, вероятно, детоксифицируется карнитин-ацетилтрансферазой с образованием 3HIA-карнитина, который транспортируется через внутреннюю митохондриальную мембрану (и, следовательно, эффективно выходит из митохондрий) посредством карнитин-ацилкарнитинтранслоказы (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.
- ^ Перейти обратно: а б «Распад валина, лейцина и изолейцина - эталонный путь» . Киотская энциклопедия генов и геномов . Лаборатории Канеиса. 27 января 2016 года . Проверено 1 февраля 2018 г.
- ^ Перейти обратно: а б «β-D-гидроксимасляная кислота: биологическая активность» . Руководство IUPHAR/BPS по фармакологии . Международный союз фундаментальной и клинической фармакологии . Проверено 5 февраля 2018 г.
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж Слейман С.Ф., Генри Дж., Аль-Хаддад Р., Эль Хайек Л., Абу Хайдар Э., Стрингер Т. и др. (июнь 2016 г.). «Упражнения способствуют экспрессии нейротрофического фактора головного мозга (BDNF) посредством действия β-гидроксибутирата кетоновых тел» . электронная жизнь . 5 . doi : 10.7554/eLife.15092 . ПМЦ 4915811 . ПМИД 27253067 .
- ^ Гилберт Д.Л., Пызик П.Л., Фриман Дж.М. (декабрь 2000 г.). «Кетогенная диета: контроль приступов лучше коррелирует с бета-гидроксибутиратом в сыворотке, чем с кетонами в моче». Журнал детской неврологии . 15 (12): 787–790. дои : 10.1177/088307380001501203 . ПМИД 11198492 . S2CID 46659339 .
- ^ Дой Ю., Куниока М., Накамура Ю., Сога К. (1988). «Исследование методом ядерного магнитного резонанса необычных бактериальных сополиэфиров 3-гидроксибутирата и 4-гидроксибутирата». Макромолекулы . 21 (9): 2722–2727. Бибкод : 1988МаМол..21.2722D . дои : 10.1021/ma00187a012 .
- ^ Зеебах Д., Бек А.К., Брайтшу Р., Джоб К. (апрель 1993 г.). «Прямая деградация биополимера поли[( R )-3-гидроксимасляной кислоты до ( R )-3-гидроксибутановой кислоты и ее метилового эфира». Органические синтезы . 71:39 . дои : 10.15227/orgsyn.071.0039 .