Ácido glioxílico

El ácido glioxílico o ácido oxoacético es un compuesto orgánico. Junto con el ácido acético, el ácido glicólico y el ácido oxálico, el ácido glioxílico es uno de los ácidos carboxílicos C₂. Es un sólido incoloro que se produce de forma natural y tiene utilidad industrial.

Estructura y nomenclatura

Se muestra que la estructura del ácido glioxílico tiene un grupo funcional aldehído. El aldehído es sólo un componente menor de la forma más frecuente en algunas situaciones. En cambio, el ácido glioxálico suele existir como un hidrato o un dímero cíclico. Por ejemplo, en presencia de agua, el carbonilo se convierte rápidamente en un diol geminal (descrito como "monohidrato"). La constante de equilibrio (K) es 300 para la formación de ácido dihidroxiacético a temperatura ambiente: el ácido dihidroxiacético se ha caracterizado mediante cristalografía de rayos X.

En solución acuosa, este monohidrato existe en equilibrio con una forma de dímero hemiacilal:

De forma aislada, la estructura del aldehído tiene como conformador principal una estructura cíclica unida por enlaces de hidrógeno con el aldehído carbonilo muy cerca del hidrógeno carboxilo:

La constante de la ley de Henry del ácido glioxílico es K_H = 1,09 × 10⁴ × exp[(40,0 × 10³/R) × (1/T − 1/298)].

Preparativos

La base conjugada del ácido glioxílico se conoce como glioxilato y es la forma en que el compuesto existe en solución a pH neutro. El glioxilato es el subproducto del proceso de amidación en la biosíntesis de varios péptidos amidados.

Para que conste en el registro histórico, el ácido glioxílico se preparó electrosintéticamente a partir de ácido oxálico: en síntesis orgánica, se aplicaron cátodos de dióxido de plomo para preparar ácido glioxílico a partir de ácido oxálico en un electrolito de ácido sulfúrico.

El ácido nítrico caliente puede oxidar el glioxal a glioxílico; sin embargo, esta reacción es altamente exotérmica y propensa a una fuga térmica. Además, el ácido oxálico es el principal subproducto.

Además, la ozonólisis del ácido maleico es eficaz.

Papel biológico

El glioxilato es un intermediario del ciclo del glioxilato, que permite a organismos como bacterias, hongos y plantas convertir ácidos grasos en carbohidratos. El ciclo del glioxilato también es importante para la inducción de los mecanismos de defensa de las plantas en respuesta a los hongos. El ciclo del glioxilato se inicia mediante la actividad de la isocitrato liasa, que convierte el isocitrato en glioxilato y succinato. Se están realizando investigaciones para aprovechar la vía para una variedad de usos, como la biosíntesis de succinato.

En humanos

El glioxilato se produce a través de dos vías: mediante la oxidación del glicolato en los peroxisomas o mediante el catabolismo de la hidroxiprolina en las mitocondrias. En los peroxisomas, el glioxilato se convierte en glicina por la AGT1 o en oxalato por la glicolato oxidasa. En las mitocondrias, el glioxilato se convierte en glicina mediante AGT2 o en glicolato mediante la glioxilato reductasa. Una pequeña cantidad de glioxilato se convierte en oxalato mediante la lactato deshidrogenasa citoplasmática.

En plantas

Además de ser un intermediario en el ciclo del glioxilato, el glioxilato también es un intermediario importante en la vía de fotorrespiración. La fotorrespiración es el resultado de la reacción secundaria de RuBisCO con O₂ en lugar de CO₂. Aunque al principio se consideró un desperdicio de energía y recursos, se ha demostrado que la fotorrespiración es un método importante para regenerar carbono y CO₂, eliminar el fosfoglicolato tóxico e iniciar mecanismos de defensa. En la fotorrespiración, el glioxilato se convierte a partir de glicolato mediante la actividad de la glicolato oxidasa en el peroxisoma. Luego se convierte en glicina mediante acciones paralelas de SGAT y GGAT, que luego se transporta a las mitocondrias. También se ha informado que el complejo piruvato deshidrogenasa puede desempeñar un papel en el metabolismo del glicolato y el glioxilato.

Relevancia de la enfermedad

Diabetes

Se cree que el glioxilato es un posible marcador temprano de diabetes tipo II. Una de las condiciones clave de la patología de la diabetes es la producción de productos finales de glicación avanzada (AGE) causados por la hiperglucemia. Los AGE pueden provocar más complicaciones de la diabetes, como daño tisular y enfermedades cardiovasculares. Generalmente se forman a partir de aldehídos reactivos, como los presentes en azúcares reductores y alfa-oxoaldehídos. En un estudio, se encontró que los niveles de glioxilato aumentaban significativamente en pacientes a los que luego se les diagnosticó diabetes tipo II. Los niveles elevados se encontraron a veces hasta tres años antes del diagnóstico, lo que demuestra el papel potencial del glioxilato como marcador predictivo temprano.

Nefrolitiasis

El glioxilato participa en el desarrollo de hiperoxaluria, una causa clave de nefrolitiasis (comúnmente conocida como cálculos renales). El glioxilato es a la vez sustrato e inductor del transportador de aniones sulfato-1 (sat-1), un gen responsable del transporte de oxalato, lo que le permite aumentar la expresión del ARNm de sat-1 y, como resultado, la salida de oxalato de la célula. El aumento de la liberación de oxalato permite la acumulación de oxalato de calcio en la orina y, por tanto, la eventual formación de cálculos renales.

La alteración del metabolismo del glioxilato proporciona un mecanismo adicional de desarrollo de hiperoxaluria. Las mutaciones de pérdida de función en el gen HOGA1 conducen a una pérdida de la 4-hidroxi-2-oxoglutarato aldolasa, una enzima en la vía de hidroxiprolina a glioxilato. El glioxilato resultante de esta vía normalmente se almacena para evitar la oxidación a oxalato en el citosol. Sin embargo, la vía interrumpida provoca una acumulación de 4-hidroxi-2-oxoglutarato que también puede transportarse al citosol y convertirse en glioxilato a través de una aldolasa diferente. Estas moléculas de glioxilato pueden oxidarse a oxalato aumentando su concentración y provocando hiperoxaluria.

Reacciones y usos

El ácido glioxílico es aproximadamente diez veces más fuerte que el ácido acético, con una constante de disociación ácida de 4,7 × 10⁻⁴ (pK_a = 3,32):

OCHCO₂H ⇌ OCHCO⁻
₂ + H⁺

Con una base concentrada, el ácido glioxílico se desproporciona mediante una reacción de Cannizzaro, formando ácido hidroxiacético y ácido oxálico:

2 OCHCO₂H + H₂O → HOCH₂CO₂H + HO₂CCO₂H

El ácido glioxílico produce heterociclos tras la condensación con urea y 1,2-diaminobenceno.

Derivados del fenol

En general, el ácido glioxílico sufre una reacción de sustitución aromática electrófila con fenoles, un paso versátil en la síntesis de varios otros compuestos.

El producto inmediato con el fenol es el ácido 4-hidroximandélico. Esta especie reacciona con el amoníaco para dar hidroxifenilglicina, un precursor del fármaco amoxicilina. La reducción del ácido 4-hidroximandélico da ácido 4-hidroxifenilacético, un precursor del fármaco atenolol.

La secuencia de reacciones, en las que el ácido glioxílico reacciona con el guaiacol, el componente fenólico, seguido de oxidación y descarboxilación, proporciona una ruta hacia la vainillina como proceso de formilación neta.

Reacción de Hopkins Cole

El ácido glioxílico es un componente de la reacción de Hopkins-Cole, que se utiliza para comprobar la presencia de triptófano en las proteínas.

Química ambiental

El ácido glioxílico es uno de varios ácidos carboxílicos que contienen cetonas y aldehídos y que juntos abundan en los aerosoles orgánicos secundarios. En presencia de agua y luz solar, el ácido glioxílico puede sufrir oxidación fotoquímica. Pueden producirse varias vías de reacción diferentes, que conducen a otros productos de ácido carboxílico y aldehído.

Seguridad

El compuesto no es muy tóxico con una DL50 para ratas de 2500 mg/kg.

Pero un experimento reciente demuestra que es tóxico. Consulte https://karger.com/cnd/article/12/2/112/827730/Acute-Kidney-Injury-following-Exposure-to.