베타히드록시낙산

beta-Hydroxybutyric acid
β-히드록시β-메틸낙산과 혼동해서는 안 된다.
β-히드록시낙산
Beta-Hydroxybutyric acid-2D-skeletal.svg
이름
우선 IUPAC 이름
3-히드록시부탄산
식별자
3D 모델(JSmol)
3 DMet
773861
체비
첸블
켐스파이더
ECHA 정보 카드 100.005.546 Edit this at Wikidata
케그
메쉬 베타히드록시낙산염
유니
  • InChI=1S/C4H8O3/c1-3(5)2-4(6)7/h3,5H,2H2,1H3,(H, checkY6,7)
    키: WHBMMWSBFZVSSR-UHFFFAOYSA-N checkY
  • InChI=1/C4H8O3/c1-3(5)2-4(6)7/h3,5H,2H2,1H3,(H,6,7)
    키 : WHBMMWSBFZVSSR-UHFFFAOYAO
  • O=C(O)CC(O)C
  • CC(CC(=O)O)o
특성.
C4H8O3
몰 질량 104.105g/표준−1
외모 백색 고체
녹는점 44-46
관련 화합물
기타 음이온
 히드록시낙산염
프로피온산
젖산
3-히드록시프로판산
말론산
히드록시펜탄산
낙산
β-메틸낙산
β-히드록시β-메틸낙산
관련 화합물
 에리트로오스
리오스
1,2-부탄디올
1,3-부탄디올
2,3-부탄디올
1,4-부탄디올
달리 명시되지 않은 한 표준 상태(25°C[77°F], 100kPa)의 재료에 대한 데이터가 제공됩니다.

β-히드록시낙산 또는 BHB라고도 알려진 β-히드록시낙산은 화학식이 CHH(OH3)CHCOH인22 유기 화합물 및 베타 하이드록시산이다. 그 켤레 염기는 3-히드록시낙산이라고도 한다.β-히드록시낙산은 D-β-히드록시낙산과 L-β-히드록시낙산의 두 가지 에난티오머를 가진 키랄 화합물이다.산화 및 고분자 유도체는 자연계에서 광범위하게 발생한다.인간에서 D-β-히드록시낙산은 G결합i/o G단백질결합수용체(GPCR)[1][2]인 히드록시카르본산수용체2(HCA)의2 2차 내인성 작용제 중 하나이다.

생합성

사람의 경우 D-β-히드록시부티르산은 지방산(예를 들어 부티르산), β-히드록시β-메틸부티르산 및 케톤원성 아미노산의 대사를 통해 간에서 합성될 수 있으며, 이는 공복 상태에서 생성되는 첫 번째 케톤체이다.아세토아세테이트로부터 D-β-히드록시낙산염의 생합성은 β-히드록시낙산탈수소효소에 의해 촉매된다.

부틸레이트는 또한 대사 중간체로 아세토아세테이트를 포함하지 않는 두 번째 대사 경로를 통해 D-β-히드록시부틸레이트로 대사될 수 있다.이 대사 경로는 다음과 같습니다.[3]

부틸레이트→부틸-CoA→크로토닐-CoA→β-히드록시부틸-CoA→폴리β-히드록시부틸레이트→D-β-히드록시부틸레이트→D-β-히드록시부틸레이트

D-β-(D-β-히드록시부틸록시)-부틸레이트가 D-β-히드록시부틸레이트로 변환되는 대사 경로의 마지막 반응은 히드록시부틸레이스-디머 가수분해효소에 [3]의해 촉매된다.

다른 케톤체와 마찬가지로 혈장 내 β-히드록시낙산염의 농도는 케톤증을 [4]통해 증가한다.β-히드록시낙산염은 아세토아세테이트에서 생성되므로 이러한 상승된 β-히드록시낙산염 수치는 자연스럽게 예상된다.이 화합물은 혈당이 [5]낮을 때 뇌에 의해 에너지원으로 사용될 수 있다.당뇨병 환자는 소변이나 혈액으로 케톤 수치를 검사하여 당뇨병 케톤산증을 나타낼 수 있다.알코올성 케톤산증에서는 이 케톤체가 고농도로 생성된다.케톤생성은 간세포의 옥살아세트산염이 고갈되면 발생하며, 탄수화물 섭취 감소(식사 또는 기아), 장기간의 과도한 알코올 섭취 및/또는 인슐린 결핍에 의해 만들어진다.옥살아세테이트는 아세틸-CoA의 TCA 회로 진입에 매우 중요하기 때문에 옥살아세테이트가 풍부하지 않은 상태에서 지방산 산화에 의한 아세틸-CoA의 신속한 생성은 TCA 회로의 감소 용량을 압도하고, 그 결과 아세틸-CoA의 초과는 케톤체 [citation needed]생산으로 전환된다.

Diagram of leucine, HMB, and isovaleryl-CoA metabolism in humans
배출된
소변으로
(10–40%)


알 수 없는
효소
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아세토아세테이트는 β-히드록시부티레이트의 대사 전구물질로 지방산, 류신[8],[8] 이소류신 등의 케톤성 아미노산 및 β-히드록시β-메틸부티레이트의 대사산물이다.

생물학적 활동

D-β-히드록시낙산은 낙산과 함께 G결합i/o [1][2][9]GPCR인 히드록시카르본산수용체2(HCA2)의 2차 내인성 작용제이다.

β-히드록시낙산은 혈액-뇌 장벽을 [10]넘어 중추신경계로 들어갈 수 있다.β-히드록시낙산 수치는 운동, 칼로리 제한, 단식, 케톤성 [10]식이요법과 함께 간, 심장, 근육, 뇌 및 기타 조직에서 증가한다.이 화합물은 히스톤탈아세틸라아제(HDAC) [10]억제제 역할을 하는 것으로 밝혀졌다.HDAC 클래스 I의 아이소엔자임 HDAC2 및 HDAC3의 억제를 통해 β-히드록시낙산은 [10]해마의 뇌유래 신경영양인자(BDNF) 수치와 TrkB 시그널링을 증가시키는 것으로 밝혀졌다.또한, 설치류 연구에 따르면 장시간 운동을 하면 혈장 β-히드록시낙산염 농도가 증가하여 [10]해마에서 BDNF 유전자의 프로모터가 유도된다.이러한 발견들은 우울증, 불안, 인지 [10]장애의 치료와 임상적으로 관련이 있을 수 있다.

케톤성 식단을 먹는 간질 환자의 경우 혈중 β-히드록시낙산염 수치는 발작 조절 정도와 가장 잘 관련된다. 뇌전증최적의 항경련 효과의 임계값은 약 4 mmol/[11]L로 나타납니다.

실험실 및 공업 화학

β-히드록시낙산은 생분해성 플라스틱인 폴리에스터의 전구체이다.폴리머인 폴리(3-히드록시낙산염)도 알칼리제네스 [12]에우트로푸스균에 의해 자연적으로 생성된다.

β-히드록시낙산염은 산 [13]가수분해로 폴리(3-히드록시낙산염)에서 추출할 수 있다.

혈장 중 β-히드록시낙산염의 농도는 NAD를+ 전자수용 보조인자로 하여 β-히드록시낙산탈수소효소를 이용한 시험을 통해 측정된다.이 효소에 의해 촉매되는 β-히드록시낙산염의 아세토아세테이트로의 전환은 NAD를+ NADH로 감소시켜 전기적 변화를 일으킨다. 그런 다음 이 변화의 크기를 사용하여 샘플에서 β-히드록시낙산염의 양을 추정할 수 있다.

「 」를 참조해 주세요.

메모들

  1. ^ 이 반응은 알려지지 않은 티오에스테라아제 [6][7]효소에 의해 촉매된다.

레퍼런스

  1. ^ a b Offermanns S, Colletti SL, Lovenberg TW, Semple G, Wise A, IJzerman AP (June 2011). "International Union of Basic and Clinical Pharmacology. LXXXII: Nomenclature and Classification of Hydroxy-carboxylic Acid Receptors (GPR81, GPR109A, and GPR109B)". Pharmacological Reviews. 63 (2): 269–90. doi:10.1124/pr.110.003301. PMID 21454438.
  2. ^ a b Offermanns S, Colletti SL, IJzerman AP, Lovenberg TW, Semple G, Wise A, Waters MG. "Hydroxycarboxylic acid receptors". IUPHAR/BPS Guide to Pharmacology. International Union of Basic and Clinical Pharmacology. Retrieved 13 July 2018.
  3. ^ a b "Butanoate metabolism - Reference pathway". Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes. Kanehisa Laboratories. 1 November 2017. Retrieved 1 February 2018.
  4. ^ Perelas A, Staros EB (October 30, 2015). "Beta-Hydroxybutyrate". Medscape. WebMD LLC. Retrieved February 8, 2017.
  5. ^ O. E. Owen; et al. (1967). "Brain Metabolism during Fasting". The Journal of Clinical Investigation. 46 (10): 1589–1595. doi:10.1172/JCI105650. PMC 292907. PMID 6061736.
  6. ^ "KEGG Reaction: R10759". Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes. Kanehisa Laboratories. Retrieved 24 June 2016.
  7. ^ Mock DM, Stratton SL, Horvath TD, Bogusiewicz A, Matthews NI, Henrich CL, Dawson AM, Spencer HJ, Owen SN, Boysen G, Moran JH (November 2011). "Urinary excretion of 3-hydroxyisovaleric acid and 3-hydroxyisovaleryl carnitine increases in response to a leucine challenge in marginally biotin-deficient humans". primary source. The Journal of Nutrition. 141 (11): 1925–1930. doi:10.3945/jn.111.146126. PMC 3192457. PMID 21918059. Metabolic impairment diverts methylcrotonyl CoA to 3-hydroxyisovaleryl CoA in a reaction catalyzed by enoyl-CoA hydratase (22, 23). 3-Hydroxyisovaleryl CoA accumulation can inhibit cellular respiration either directly or via effects on the ratios of acyl CoA:free CoA if further metabolism and detoxification of 3-hydroxyisovaleryl CoA does not occur (22). The transfer to carnitine by 4 carnitine acyl-CoA transferases distributed in subcellular compartments likely serves as an important reservoir for acyl moieties (39–41). 3-Hydroxyisovaleryl CoA is likely detoxified by carnitine acetyltransferase producing 3HIA-carnitine, which is transported across the inner mitochondrial membrane (and hence effectively out of the mitochondria) via carnitine-acylcarnitine translocase (39). 3HIA-carnitine is thought to be either directly deacylated by a hydrolase to 3HIA or to undergo a second CoA exchange to again form 3-hydroxyisovaleryl CoA followed by release of 3HIA and free CoA by a thioesterase.
  8. ^ a b "Valine, leucine and isoleucine degradation - Reference pathway". Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes. Kanehisa Laboratories. 27 January 2016. Retrieved 1 February 2018.
  9. ^ a b "β-D-hydroxybutyric acid: Biological activity". IUPHAR/BPS Guide to Pharmacology. International Union of Basic and Clinical Pharmacology. Retrieved 5 February 2018.
  10. ^ a b c d e f 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). "Exercise promotes the expression of brain derived neurotrophic factor (BDNF) through the action of the ketone body β-hydroxybutyrate". eLife. 5. doi:10.7554/eLife.15092. PMC 4915811. PMID 27253067.
  11. ^ Gilbert DL, Pyzik PL, Freeman JM (2000). "The ketogenic diet: seizure control correlates better with serum beta-hydroxybutyrate than with urine ketones". Journal of Child Neurology. 15 (3): 787–790. doi:10.1177/088307380001501203. PMID 11198492. S2CID 46659339.
  12. ^ Yoshiharu Doi; Masao Kunioka; Yoshiyuki Nakamura; Kazuo Soga (1988). "Nuclear magnetic resonance studies on unusual bacterial copolyesters of 3-hydroxybutyrate and 4-hydroxybutyrate". Macromolecules. 21 (9): 2722–2727. Bibcode:1988MaMol..21.2722D. doi:10.1021/ma00187a012.
  13. ^ 디터 시바흐, 알버트 KBeck, Richard Breitschuh 및 Kurt Job "생물고분자 폴리[(R)-3-히드록시낙산을 (R)-3-히드록시부탄산 및 그 메틸에스테르" 조직으로 직접 분해"Synth. 1993, 71, 39.doi:10.15227/orgsyn.071.0039