stringtranslate.com

β-гидроксимасляная кислота

β-Гидроксимасляная кислота , также известная как 3-гидроксимасляная кислота или BHB , является органическим соединением и бета-гидроксикислотой с химической формулой CH 3 CH(OH)CH 2 CO 2 H; ее сопряженное основание - β-гидроксибутират , также известный как 3-гидроксибутират . β-Гидроксимасляная кислота является хиральным соединением с двумя энантиомерами : D -β-гидроксимасляная кислота и L -β-гидроксимасляная кислота. Ее окисленные и полимерные производные широко распространены в природе. У людей D -β-гидроксимасляная кислота является одним из двух основных эндогенных агонистов рецептора гидроксикарбоновой кислоты 2 (HCA 2 ), сопряженного с G - белком рецептора (GPCR). [1] [2]

Биосинтез

У людей 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 является первым кетоновым телом , которое производится в состоянии голодания . Биосинтез D -β-гидроксибутирата из ацетоацетата катализируется ферментом β -гидроксибутиратдегидрогеназой .

Бутират также может метаболизироваться в D -β-гидроксибутират через второй метаболический путь , который не включает ацетоацетат в качестве метаболического промежуточного продукта. 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 преобразование D -β- ( D -β-гидроксибутирилокси ) -бутирата в D -β-гидроксибутират , катализируется ферментом гидроксибутират-димер гидролазой . [3]

Концентрация β-гидроксибутирата в плазме крови человека, как и других кетоновых тел , увеличивается посредством кетоза . [4] Этот повышенный уровень β-гидроксибутирата ожидаем естественным образом, так как β-гидроксибутират образуется из ацетоацетата. Соединение может использоваться в качестве источника энергии мозгом и скелетными мышцами при низком уровне глюкозы в крови . [5] [6] [7] [8] Пациенты с диабетом могут сдать анализы на уровень кетонов в моче или крови, чтобы определить диабетический кетоацидоз . При алкогольном кетоацидозе это кетоновое тело вырабатывается в наибольшей концентрации. Кетогенез происходит, если оксалоацетат в клетках печени истощается, обстоятельство, созданное сниженным потреблением углеводов (из-за диеты или голодания); длительным чрезмерным употреблением алкоголя ; и/или дефицитом инсулина. Поскольку оксалоацетат имеет решающее значение для вхождения ацетил-КоА в цикл трикарбоновых кислот, быстрое образование ацетил-КоА в результате окисления жирных кислот при отсутствии достаточного количества оксалоацетата перекрывает сниженную емкость цикла трикарбоновых кислот, и образующийся избыток ацетил-КоА направляется на производство кетоновых тел. [ необходима цитата ]

Биологическая активность

D -β-гидроксимасляная кислота, наряду с масляной кислотой , являются двумя основными эндогенными агонистами рецептора гидроксикарбоновой кислоты 2 (HCA 2 ), сопряженного с G i/o 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 упражнениях , ограничении калорий , голодании и кетогенных диетах . [13] Было обнаружено, что это соединение действует как ингибитор гистондеацетилазы (HDAC) . [13] Было обнаружено, что посредством ингибирования изоферментов HDAC I класса HDAC2 и HDAC3 , β-гидроксимасляная кислота увеличивает уровни нейротрофического фактора мозга (BDNF) и сигнализацию TrkB в гиппокампе . [13] Более того, исследование на грызунах показало, что длительные физические упражнения увеличивают концентрацию β-гидроксибутирата в плазме, что индуцирует промоторы гена BDNF в гиппокампе. [13] Эти результаты могут иметь клиническое значение при лечении депрессии , тревожности и когнитивных нарушений . [13]

У пациентов с эпилепсией на кетогенной диете уровень β-гидроксибутирата в крови лучше всего коррелирует со степенью контроля над приступами . Порог оптимального противосудорожного эффекта, по-видимому, составляет приблизительно 4 ммоль/л. [14]

Лабораторная и промышленная химия

β-Гидроксимасляная кислота является предшественником полиэфиров, которые являются биоразлагаемыми пластиками . Этот полимер, поли(3-гидроксибутират) , также естественным образом производится бактериями Alcaligenes eutrophus . [15]

β-Гидроксибутират может быть извлечен из поли(3-гидроксибутирата) путем кислотного гидролиза . [16]

Концентрация β-гидроксибутирата в плазме крови измеряется с помощью теста, в котором используется β-гидроксибутиратдегидрогеназа с НАД + в качестве электрон-акцепторного кофактора. Превращение β-гидроксибутирата в ацетоацетат, которое катализируется этим ферментом, восстанавливает НАД + до НАДН , генерируя электрическое изменение; величина этого изменения затем может быть использована для экстраполяции количества β-гидроксибутирата в образце.

Смотрите также

Примечания

  1. ^ Эту реакцию катализирует неизвестный фермент тиоэстераза . [9] [10]

Ссылки

  1. ^ ab Offermanns S, Colletti SL, Lovenberg TW, Semple G, Wise A, IJzerman AP (июнь 2011 г.). «Международный союз базовой и клинической фармакологии. LXXXII: Номенклатура и классификация рецепторов гидроксикарбоновых кислот (GPR81, GPR109A и GPR109B)». Pharmacological Reviews . 63 (2): 269–290. doi : 10.1124/pr.110.003301 . PMID  21454438.
  2. ^ ab Offermanns S, Colletti SL, IJzerman AP, Lovenberg TW, Semple G, Wise A, Waters MG. «Рецепторы гидроксикарбоновых кислот». Руководство по фармакологии IUPHAR/BPS . Международный союз фундаментальной и клинической фармакологии . Получено 13 июля 2018 г.
  3. ^ ab "Обмен веществ бутаноата - Референтный путь". Киотская энциклопедия генов и геномов . Kanehisa Laboratories. 1 ноября 2017 г. Получено 1 февраля 2018 г.
  4. ^ Perelas A, Staros EB (30 октября 2015 г.). "Бета-гидроксибутират". Medscape . WebMD LLC . Получено 8 февраля 2017 г. .
  5. ^ Owen OE, Morgan AP, Kemp HG, Sullivan JM, Herrera MG, Cahill GF (октябрь 1967 г.). «Мозговой метаболизм во время голодания». Журнал клинических исследований . 46 (10): 1589–1595. doi :10.1172/JCI105650. PMC 292907. PMID  6061736 . 
  6. ^ Evans E, Walhin JP, Hengist A, Betts JA, Dearlove DJ, Gonzalez JT (январь 2023 г.). «Прием кетонового моноэфира увеличивает концентрацию эритропоэтина в сыворотке после тренировки у здоровых мужчин». American Journal of Physiology. Эндокринология и метаболизм . 324 (1): E56–E61. doi :10.1152/ajpendo.00264.2022. PMC 9870573. PMID  36449571 . 
  7. ^ Cahill GF (2006-08-01). «Топливный метаболизм при голодании». Annual Review of Nutrition . 26 (1): 1–22. doi :10.1146/annurev.nutr.26.061505.111258. PMID  16848698.
  8. ^ Mikkelsen KH, Seifert T, Secher NH, Grøndal T, van Hall G (февраль 2015 г.). «Системные, церебральные и скелетные мышечные кетоновые тела и энергетический метаболизм во время острой гипер-D-β-гидроксибутиратемии у здоровых мужчин после абсорбции». Журнал клинической эндокринологии и метаболизма . 100 (2): 636–643. doi : 10.1210/jc.2014-2608 . PMID  25415176.
  9. ^ "Реакция KEGG: R10759". Киотская энциклопедия генов и геномов . Kanehisa Laboratories . Получено 24 июня 2016 г.
  10. ^ 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.). «Выделение с мочой 3-гидроксиизовалериановой кислоты и 3-гидроксиизовалерилкарнитина увеличивается в ответ на лейциновую нагрузку у людей с пограничным дефицитом биотина». первоисточник. The Journal of Nutrition . 141 (11): 1925–1930. doi :10.3945/jn.111.146126. PMC 3192457 . PMID  21918059. Метаболические нарушения переводят 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 через воздействие на соотношения ацил-КоА:свободный КоА, если дальнейший метаболизм и детоксикация 3-гидроксиизовалерил-КоА не происходят (22). Перенос в карнитин 4-карнитин-ацил-КоА-трансферазами, распределенными в субклеточных компартментах, вероятно, служит важным резервуаром для ацильных фрагментов (39–41). 3-гидроксиизовалерил-КоА, вероятно, детоксифицируется карнитинацетилтрансферазой, образуя 3HIA-карнитин, который транспортируется через внутреннюю митохондриальную мембрану (и, следовательно, эффективно из митохондрий) через карнитин-ацилкарнитинтранслоказу (39). Предполагается, что 3HIA-карнитин либо напрямую деацилируется гидролазой до 3HIA, либо подвергается второму обмену CoA, снова образуя 3-гидроксиизовалерил-КоА с последующим высвобождением 3HIA и свободного CoA тиоэстеразой. 
  11. ^ ab "Распад валина, лейцина и изолейцина - Референтный путь". Киотская энциклопедия генов и геномов . Kanehisa Laboratories. 27 января 2016 г. Получено 1 февраля 2018 г.
  12. ^ ab "β-D-гидроксимасляная кислота: биологическая активность". Руководство по фармакологии IUPHAR/BPS . Международный союз фундаментальной и клинической фармакологии . Получено 5 февраля 2018 г.
  13. ^ abcdef Sleiman SF, Henry J, Al-Haddad R, El Hayek L, Abou Haidar E, Stringer T и др. (июнь 2016 г.). «Упражнения способствуют экспрессии нейротрофического фактора мозга (BDNF) посредством действия β-гидроксибутирата кетонового тела». eLife . 5 . doi : 10.7554/eLife.15092 . PMC 4915811 . PMID  27253067. 
  14. ^ Gilbert DL, Pyzik PL, Freeman JM (декабрь 2000 г.). «Кетогенная диета: контроль судорог лучше коррелирует с сывороточным бета-гидроксибутиратом, чем с кетонами в моче». Журнал детской неврологии . 15 (12): 787–790. doi :10.1177/088307380001501203. PMID  11198492. S2CID  46659339.
  15. ^ Doi Y, Kunioka M, Nakamura Y, Soga K (1988). «Исследования ядерного магнитного резонанса необычных бактериальных сополиэфиров 3-гидроксибутирата и 4-гидроксибутирата». Macromolecules . 21 (9): 2722–2727. Bibcode :1988MaMol..21.2722D. doi :10.1021/ma00187a012.
  16. ^ Seebach D, Beck AK, Breitschuh R, Job K (апрель 1993 г.). "Прямая деградация биополимерной поли[( R )-3-гидроксимасляной кислоты до ( R )-3-гидроксибутановой кислоты и ее метилового эфира". Organic Syntheses . 71 : 39. doi :10.15227/orgsyn.071.0039.