Ácido Β-hidroxibutírico
Biosíntesis
En los seres humanos, el D-β-hidroxibutirato se puede sintetizar en el hígado a través del metabolismo de los ácidos grasos (p. ej., butirato), β-hidroxi β-metilbutirato y aminoácidos cetogénicos mediante una serie de reacciones que metabolizan estos compuestos en acetoacetato, que es el primer cuerpo cetónico que se produce en estado de ayuno. La biosíntesis de D-β-hidroxibutirato a partir de acetoacetato es catalizada por la enzima β-hidroxibutirato deshidrogenasa.
El butirato también puede metabolizarse en D-β-hidroxibutirato a través de una segunda vía metabólica que no involucra al acetoacetato como intermediario metabólico. Esta vía metabólica es la siguiente:
- butyrate→butyryl-CoA→crotonyl-CoA→β-hidroxybutyryl-CoA→poly-β-hydroxybutyrate→D-β-()D-β-hidroxibutyryloxy)- peroyrate→D- Bac-hidroxibutyrate
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 hidrolasa del dímero hidroxibutirato.
La concentración de β-hidroxibutirato en el plasma sanguíneo humano, al igual que ocurre con otros cuerpos cetónicos, aumenta durante la cetosis. Este nivel elevado de β-hidroxibutirato es algo que se espera de forma natural, ya que el β-hidroxibutirato se forma a partir del acetoacetato. El compuesto puede ser utilizado como fuente de energía por el cerebro y el músculo esquelético cuando la glucosa en sangre es baja. Los pacientes diabéticos pueden hacerse un análisis de sus niveles de cetonas en orina o sangre para indicar cetoacidosis diabética. En la cetoacidosis alcohólica, este cuerpo cetónico se produce en mayor concentración. La cetogénesis se produce si se agota el oxaloacetato en las células del hígado, una circunstancia creada por una ingesta reducida de carbohidratos (a través de la dieta o la inanición), un consumo prolongado y excesivo de alcohol y/o una deficiencia de insulina. Debido a que el oxaloacetato es crucial para la entrada de acetil-CoA en el ciclo del TCA, la rápida producción de acetil-CoA a partir de la oxidación de ácidos grasos en ausencia de suficiente oxaloacetato supera la capacidad reducida del ciclo del TCA, y el exceso resultante de acetil-CoA se desvía hacia la producción de cuerpos cetónicos.
metabolismo de leucina en humanos  |
Actividad biológica
El ácido D-β-hidroxibutírico, junto con el ácido butírico, son los dos agonistas endógenos principales del receptor de ácido hidroxicarboxílico 2 (HCA2), un GPCR acoplado a Gi/o.
El ácido β-hidroxibutírico puede atravesar la barrera hematoencefálica y llegar al sistema nervioso central. Los niveles de ácido β-hidroxibutírico aumentan en el hígado, el corazón, los músculos, el cerebro y otros tejidos con el ejercicio, la restricción calórica, el ayuno y las dietas cetogénicas. Se ha descubierto que el compuesto actúa como inhibidor de la histona desacetilasa (HDAC). A través de la inhibición de las isoenzimas de clase I de HDAC, HDAC2 y HDAC3, se ha descubierto que el ácido β-hidroxibutírico aumenta los niveles del factor neurotrófico derivado del cerebro (BDNF) y la señalización TrkB en el hipocampo. Además, un estudio con roedores descubrió que el ejercicio prolongado aumenta las concentraciones plasmáticas de β-hidroxibutirato, lo que induce a los promotores del gen BDNF en el hipocampo. Estos hallazgos pueden tener relevancia clínica en el tratamiento de la depresión, la ansiedad y el deterioro cognitivo.
En pacientes epilépticos que siguen una 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.
Laboratorio y química industrial
El ácido β-hidroxibutírico es el precursor de los poliésteres, que son plásticos biodegradables. Este polímero, el poli(3-hidroxibutirato), también lo produce de forma natural la bacteria Alcaligenes eutrophus.
El β-hidroxibutirato se puede extraer del poli(3-hidroxibutirato) mediante hidrólisis ácida.
La concentración de β-hidroxibutirato en el plasma sanguíneo se mide mediante una prueba que utiliza la β-hidroxibutirato deshidrogenasa, con NAD+ como cofactor aceptor de electrones. La conversión de β-hidroxibutirato a acetoacetato, que es catalizada por esta enzima, reduce el NAD+ a NADH, generando un cambio eléctrico; la magnitud de este cambio puede luego usarse para extrapolar la cantidad de β-hidroxibutirato en la muestra.
Véase también
- Ácido gamma-hidroxibutírico
- β-Hydroxy β-metilbutírico ácido (HMB)
- Ácido hidroxibutírico
- Ketogenesis
Notas
- ^ Esta reacción es catalizada por una enzima tiosterasa desconocida.
Referencias
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El deterioro metabólico desvía metilcrotonil CoA a 3-hidroxiisovaleryl CoA en una reacción catalizada por enoyl-CoA hydratase (22, 23). 3-Hydroxyisovaleryl La acumulación de COA puede inhibir la respiración celular ya sea directamente o a través de efectos en las proporciones de acyl CoA: CoA libre si no ocurre más metabolismo y desintoxicación de 3-hidroxiisovaleryl CoA (22). La transferencia a carnitina por 4 carnitinas acyl-CoA transferas distribuidas en compartimentos subcelulares probablemente sirve como un depósito importante para las muecas acyl (39–41). 3-Hydroxyisovaleryl CoA es probable desintoxicado por acetilransferasa carnitina que produce 3HIA-carnitina, que se transporta a través de la membrana mitocondrial interna (y por lo tanto efectivamente fuera de la mitocondria) a través de carnitina-acilcarnitina translocase (39). 3HIA-carnitina se cree que sea directamente deacylated por una hidrolase a 3HIA o someterse a un segundo intercambio de CoA para formar de nuevo 3-hidroxyisovaleryl CoA seguido por la liberación de 3HIA y libre CoA por una thioesterasa.
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