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 encuentra en la naturaleza y es útil industrialmente.
La estructura del ácido glioxílico se muestra como que tiene un grupo funcional aldehído . El aldehído es solo un componente menor de la forma más frecuente en algunas situaciones. En cambio, el ácido glioxálico a menudo existe como un hidrato o un dímero cíclico . Por ejemplo, en presencia de agua, el carbonilo se convierte rápidamente en un diol geminal (descrito como el "monohidrato"). La constante de equilibrio ( K ) es 300 para la formación de ácido dihidroxiacético a temperatura ambiente: [5] El ácido dihidroxiacético se ha caracterizado por cristalografía de rayos X. [6 ]
En solución acuosa, este monohidrato existe en equilibrio con una forma de dímero hemicacilal : [ 7]
De manera aislada, la estructura del aldehído tiene como confórmero principal una estructura cíclica unida por hidrógeno con el carbonilo del aldehído en estrecha proximidad al hidrógeno del carboxilo : [8]
La constante de la ley de Henry del ácido glioxílico es K H = 1,09 × 10 4 × exp[(40,0 × 10 3 /R) × (1/T − 1/298)]. [9]
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 el registro histórico, el ácido glioxílico se preparó a partir de ácido oxálico electrosintéticamente : [10] [11] en la síntesis orgánica, se aplicaron cátodos de dióxido de plomo para preparar ácido glioxílico a partir de ácido oxálico en un electrolito de ácido sulfúrico. [12]
El ácido nítrico caliente puede oxidar el glioxal a glioxílico; sin embargo, esta reacción es altamente exotérmica y propensa a descontrol térmico. Además, el ácido oxálico es el principal producto secundario.
Además, la ozonólisis del ácido maleico es eficaz. [7]
El glioxilato es un intermediario del ciclo del glioxilato , que permite a los organismos , como las bacterias, [13] los hongos y las plantas [14] convertir los 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. [15] El ciclo del glioxilato se inicia a través de la actividad de la isocitrato liasa, que convierte el isocitrato en glioxilato y succinato. Se están realizando investigaciones para cooptar la vía para una variedad de usos, como la biosíntesis de succinato. [16]
El glioxilato se produce a través de dos vías: a través de la oxidación del glicolato en los peroxisomas o a través del catabolismo de la hidroxiprolina en las mitocondrias. [17] En los peroxisomas, el glioxilato se convierte en glicina por acción de la AGT1 o en oxalato por acción de la glicolato oxidasa. En las mitocondrias, el glioxilato se convierte en glicina por acción de la AGT2 o en glicolato por acción de la glioxilato reductasa. Una pequeña cantidad de glioxilato se convierte en oxalato por acción de la lactato deshidrogenasa citoplasmática. [18]
Además de ser un intermediario en el ciclo del glioxilato , el glioxilato también es un intermediario importante en la vía de la fotorrespiración . La fotorrespiración es el resultado de la reacción secundaria de RuBisCO con O2 en lugar de CO2 . Si bien 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 fosfoglicolato tóxico e iniciar mecanismos de defensa. [19] [20] En la fotorrespiración, el glioxilato se convierte a partir de glicolato a través de la actividad de la glicolato oxidasa en el peroxisoma. Luego se convierte en glicina a través de acciones paralelas de SGAT y GGAT, que luego se transporta a las mitocondrias. [21] [20] También se ha informado que el complejo piruvato deshidrogenasa puede desempeñar un papel en el metabolismo del glicolato y el glioxilato. [22]
Se cree que el glioxilato es un posible marcador temprano de la diabetes tipo II . [23] 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 . [24] Los AGE pueden provocar más complicaciones de la diabetes, como daño tisular y enfermedad cardiovascular. [25] Generalmente se forman a partir de aldehídos reactivos, como los presentes en los azúcares reductores y los 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. [23] 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.
El glioxilato está involucrado en el desarrollo de hiperoxaluria , una causa clave de nefrolitiasis (comúnmente conocida como cálculos renales ). El glioxilato es a la vez un 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, el eflujo de oxalato de la célula. La mayor liberación de oxalato permite la acumulación de oxalato de calcio en la orina y, por lo tanto, la formación final de cálculos renales. [18]
La alteración del metabolismo del glioxilato proporciona un mecanismo adicional para el desarrollo de la 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 la hidroxiprolina al 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 causando hiperoxaluria. [17]
El ácido glioxílico es un ácido aproximadamente diez veces más fuerte que el ácido acético , con una constante de disociación ácida de 4,7 × 10 −4 (p K a = 3,32):
Con una base concentrada, el ácido glioxílico se desproporciona a través de una reacción de Cannizzaro , formando ácido hidroxiacético y ácido oxálico : [ cita requerida ]
El ácido glioxílico forma heterociclos tras la condensación con urea y 1,2-diaminobenceno .
En general, el ácido glioxílico experimenta una reacción de sustitución aromática electrofílica con fenoles , un paso versátil en la síntesis de varios otros compuestos.
El producto inmediato que se forma 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 lugar al ácido 4-hidroxifenilacético , un precursor del fármaco atenolol .
La secuencia de reacciones, en la que el ácido glioxílico reacciona con el componente fenólico guayacol , seguido de oxidación y descarboxilación , proporciona una ruta hacia la vainillina como un proceso de formilación neta . [7] [26] [27]
El ácido glioxílico es un componente de la reacción de Hopkins-Cole , que se utiliza para comprobar la presencia de triptófano en las proteínas. [28]
El ácido glioxílico entra en la composición de cremas cosméticas utilizadas para el tratamiento de alisado del cabello “brasileño”. El ácido glioxílico se utiliza en productos cosméticos en reemplazo del formaldehído para evitar la irritación de la piel causada por este último. Desde que se ha extendido el uso de estos productos, varias personas han desarrollado enfermedad renal aguda inducida por la cristalización de oxalato de calcio en sus riñones . [29] Estudios de toxicidad en ratones han demostrado además que la absorción transcutánea de ácido glioxílico después de la aplicación tópica provoca la excreción de oxalato en la orina a un nivel mucho mayor que el ácido glicólico . [30]
El ácido glioxílico es uno de los varios ácidos carboxílicos que contienen cetonas y aldehídos y que, en conjunto, abundan en los aerosoles orgánicos secundarios . En presencia de agua y luz solar, el ácido glioxílico puede sufrir una oxidación fotoquímica . Pueden producirse varias vías de reacción diferentes que den lugar a otros productos de ácido carboxílico y aldehído. [31]
Durante mucho tiempo, el compuesto no se consideró altamente tóxico en modelos animales ( LD50 de 2500 mg/kg para ratas ). Sin embargo, observaciones recientes de lesión renal aguda después de la exposición a productos para alisar el cabello indican que es tóxico. [29] Después de la absorción transcutánea , el ácido glioxílico contenido en cremas para fortalecer el cabello causa nefropatía por oxalato de calcio . A diferencia del ácido glicólico , el ácido glioxílico puede aumentar drásticamente la excreción de oxalato en orina . [30] Como la aplicación tópica de cosméticos a base de ácido glioxílico puede causar lesión renal aguda, su uso debería prohibirse.
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