Kyselina lipoová

Kyselina lipoová (LA, z anglického "lipoic acid"), známa i ako kyselina α-lipoová alebo alfa-lipoová (ALA, z anglického "alpha-lipoic acid") či kyselina tioktová, je organosírna zlúčenina odvodená od kyseliny kaprylovej (oktánovej). Zvieratá bežne syntetizujú kyselinu lipoovú, ktorá je nutná pre aeróbny metabolizmus. Takisto sa vyrába a v niektorých krajinách je dostupná ako doplnok stravy, pričom je označovaná za antioxidant, v iných krajinách je dostupná ako farmaceutikum. Jej konjugovanou zásadou je lipoát, ktorý je zároveň najbežnejšou formou kyseliny lipoovej za fyziologických podmienok. V živých organizmoch sa vyskytuje len v podobe ("R")-(+)-entantioméru, ktorý je nutným kofaktorom pre mnohé enzýmové komplexy. V enzýmových komplexoch je viazaný pomocou amidovej väzby, teda v podobe lipoamidu.
Kyselina lipoová sa môže redukovať, čím vzniká kyselina dihydrolipoová. Počas redukcie dochádza k otvoreniu kruhu a vzniku dvoch tiolových skupín. Redukovaná forma kyseliny lipoovej potom funguje ako prenášať acylových skupín.
Fyzikálne a chemické vlastnosti.
LA je žltá pevná látka. Je to karboxylová kyselina. Vo svojej štruktúre má dva atómy síry, naviazané na uhlíky C6 a C8, ktoré sú spojené disulfidovou väzbou. Zvyčajne sa teda predpokladá, že atómy síry sú oxidované, i keď ktorýkoľvek z nich môže existovať i vo vyšších oxidačných stavoch. V kyseline lipoovej tvoria tieto atómy síry ditiolánový kruh, pri jej redukcii na kyselinu dihydrolipoovú dochádza k štiepeniu kruhu. V tejto rekcii takisto spočíva biologický význam kyseliny lipoovej.
Atóm uhlíka C6 je chirálny, takže LA môže existovať v podobe dvoch enantiomérov: kyselina ("R")-(+)-lipoová (RLA) a kyselina ("S")-(+)-lipoová (SLA) alebo ako racemát oboch enantiomérov (R/S-LA).
Biologický význam.
Kyselina lipoová je kofaktorom piatich enzýmov alebo skupín enzýmov: pyruvátdehydrogenázy, α-ketoglutarátdehydrogenázy, systému štiepiaceho glycín (GCS), dehydrogenázy rozvetvených ketokyselín a α-oxoadipátdehydrogenázy. Prvé dva uvedené enzýmy sú kritické pre citrátový cyklus. GCS reguluje koncentráciu glycínu.
Redukovaná forma kyseliny lipoovej takisto pôsobí na históndeacetylázy (HDAC1, HDAC2, HDAC3, HDAC6, HDAC8 a HDAC10).
Biosyntéza a naviazanie na bielkoviny.
Väčšina endogénne tvorenej RLA nie je voľná (rozpustené v bunke), pretože kyselina oktánová, ktorá je prekurzorom tvorby RLA, je viazaná do enzýmového komplexu ešte predtým, než sa na ňu naviažu atómy síry. Keď vystupuje ako kofaktor, RLA je kovalentne naviazaná pomocou amidovej (peptidovej) väzby na koncovú aminoskupinu lyzínu v lipoylovej doméne enzýmov.
Kyselina oktánová vzniká počas syntézy mastných kyselín v podobe oktanoyl-ACP (teda viazaná na proteín prenášajúci acyl). U eukaryotov sa na tento účel využíva druhá biosyntetická dráha mastných kyselín v mitochondriách. Oktanoát sa potom presúva v podobe tioesteru s ACP zo syntézy mastných kyselín na amid lipoylovej domény bielkovín. Tento prenos katalyzuje enzým oktanoyltransferáza:
Následne dochádza k náhrade dvoch atómov vodíka za atómy síry pôsobením lipoylsyntázy, ktorá na túto reakciu využíva radikálový SAM mechanizmus:
Výsledkom je kyselina lipoová naviazaná na bielkoviny, takže nevzniká žiadna voľná kyselina lipoová. Kyselinu lipoovú možno odštiepiť, keď sa bielkoviny rozkladajú, pôsobením lipoamidázy. Niektoré organizmy sú schopné využiť voľný lipoát pôsobením enzýmu lipoát-proteín ligázy, ktorý ho kovalentne naviaže na správnu bielkovinu. Ligázová aktivita tohto enzýmu vyžaduje ATP.
Bunkový transport.
Kyselina lipoová prestupuje do buniek cez membránu pomocou sodík-dependentného multivitamínového transportéru (SMVT), ktorý zároveň presúva sodík a je schopný presunúť kyselinu pantoténovú (vitamín B5) a biotín (vitamín B7). Každá z týchto látok je kompetitívne presúvaná prostredníctvom SVMT, čo znamená, že nadbytok jednej látky spôsobí zníženie prenosu ostatných živín. Výskumy ukázali, že zvýšený prenos kyseliny lipoovej alebo kyseliny pantoténovej znižujú príjem biotínu a/alebo aktivitu enzýmov, ktoré biotín využívajú.
Enzýmová aktivita.
Kyselina lipoová je kofaktorom minimálne piatich enzýmových systémov. Dva z nich sú súčasťou citrátového cyklu, pomocou ktorého mnohé organizmy premieňajú živiny na energiu. Lipoylované enzýmy majú vo svojej štruktúre pevne viazanú kyselinu lipoovú. Táto lipoylová skupina je zodpovedná za prenos acylových skupín v komplexoch dehydrogenáz 2-oxokyselín a za prenos metylamínovej skupiny v systéme štiepiacom glycín alebo glycíndehydrogenáze. 
Reakcie katalyzované dehydrogenázami 2-oxokyselín prebiehajú podobnými mechanizmami u 
Najviac preštudovaným je z týchto komplexov pyruvátdehydrogenázový komplex. Tieto komplexy majú tri centrálne podjednotky, označené E1, E2 a E3, ktorými sú dekarboxyláza, lipoyltransferáza a dihydrolipoamiddehydrogenáza. Tieto komplexy majú v strede jadro tvorené podjednotkou E2 a ostatné podjednotky obklopujú toto jadro, čím vzniká komplex. V medzere medzi týmito podjednotkami je lipoylová doména zodpovedná za prenos medziproduktov z jedného aktívneho miesta do druhého. Lipoylová doména je naviazaná na flexibilnú časť E2 a počet týchto domén sa u rôznych organizmov líši, zvyčajne sú 1 až 3. Experimentálne bolo zistené, že počet domén nemá veľký vplyv na rast organizmu až dokým nie je počet domén vyšší než deväť, ale tri a viac domén znížilo aktivitu komplexu.
Kyselina lipoová je takisto kofaktorom acetoíndehydrogenázového komplexu, ktorý katalyzuje premenu acetoínu (3-hydroxy-2-butanónu) na acetaldehyd a acetylkoenzým A.
Systém štiepiaci glycín sa líši od ostatných komplexov a má aj odlišné názvoslovie. V tomto systéme predstavuje H proteín voľnú lipoylovú doménu s dodatočnými helixmi, L proteín predstavuje dihydrolipoamiddehydrogenázu, P proteín predstavuje dekarboxylázu a T proteín prenáša metylamínovú skupinu z lipoátu na tetrahydrofolát (THF), čím vzniká metylén-THF a amoniak. Metylén-THF potom využíva serínhydroxymetyltransferáza na syntézu serínu z glycínu. Tento systém je súčasťou rastlinnej fotorespirácie.
Biologické zdroje a rozklad.
Kyselina lipoová je prítomná v mnohých jedlách, kde je viazaná na lyzín v bielkovinách, ale väčšie množstvo sa jej nachádza v obličkách, srdci, pečeni, špenáte, brokolici a kvasinkovom extrakte. Prirodzene sa vyskytujúca kyselina lipoová je vždy viazaná v bielkovinách a nie je priamo dostupná v potrave. Okrem toho je množstvo kyseliny lipoovej v potrave nízke. Napríklad sa odhaduje, že na purifikáciu kyseliny lipoovej a zistenie jej štruktúry bolo spracovaných 10 ton zvyškov pečene, z čoho bolo získaných 30 mg kyseliny lipoovej. Na základe toho je všetka kyseliny lipoová predávaná ako doplnok stravy syntetizovaná chemicky.
Kyselina lipoová (RLA ani R-DHLA) nebola detegovaná v ľudskej krvnej plazme (pred dodaním doplnku stravy). RLA bola stanovená na 12,3-43,1 ng/ml po hydrolýze kyselinou, čím došlo k uvoľneniu kyseliny lipoovej viazanej v bielkovinách. Enzýmová hydrolýza viazanej kyseliny lipoovej uvoľnila 1,4-11,6 ng/ml kyseliny lipoovej zo subtilizínu a &lt;1-38,2 ng/ml kyseliny lipoovej z alkalázy.
Tráviace proteolytické enzýmy štiepia "R"-lipoyllyzín z mitochondriálneho enzýmového komplexu pochádzajúceho z jedla, ale nie sú schopné štiepiť amidovú väzbu medzi lyzínom a kyselinou lipoovou. Syntetický lipoamid i "R"-lipoyllyzín sa rýchlo štiepia sérovými lipoamidázami, ktoré uvoľňujú kyselinu lipoovú a buď amoniak alebo lyzín. O rozklade či použití alifatických sulfidov ako je kyselina lipoová sa vie len veľmi málo, s výnimkou cysteínu.
Kyselina lipoová je po podaní ako doplnok stravy u cicavcov metabolizovaná rôznymi spôsobmi. Boli pozorované rozklad na kyselinu tetranorlipoovú, oxidácia jedného alebo oboch atómov síry na sulfoxidy a "S"-metylácia sulfidov. Konjugácia neupravenej kyseliny lipoovej na glycín bola pozorvaná hlavne u myší. Rozklad kyseliny lipoovej je u ľudí podobný, aj keď nie je jasné, či sa atómy síry významne oxidujú. Cicavce evidentne nie sú schopné využiť kyselinu lipoovú ako zdroj síry.
Ochorenia.
Kombinovaná malónová a metylmalónová acidúria (CMAMMA).
V metabolickej poruche známej ako kombinovaná malónová a metylmalónová acidúria (CMAMMA), ktorá vzniká nedostatkom ACSF3, je poškodená mitochondriálna syntáza mastných kyselín (mtFASII), ktorá katalyzuje reakcie vedúce k biosyntéze kyseliny lipoovej. Výsledkom je nedostatočná lipoylácia dôležitých mitochondriálnych enzýmov, napríklad pyruvátdehydrogenázového komplexu (PDC) a α-ketoglutarátdehydrogenázového komplexu (α-KGDHC). Doplnenie kyseliny lipoovej pomocou doplnkov stravy nepomáha obnoviť funkciu mitochondrií.
Chemická syntéza.
Pred chemickou syntézou vyvinutou v roku 1952 neexistovala kyselina ("S")-lipoová (SLA). 
SLA vzniká v rovnakom pomere ako RLA počas achirálnej veľkovýroby. Racemát sa bežne klinicky používal v Európe a Japonsku v 50. a 60. rokoch 20. storočia, napriek tomu, že bolo známe, že jednotlivé enantioméry nie sú biologicky ekvivalentné. Prvé syntézy jednotlivých enantiomérov sa objavili v polovici 50. rokov. Pokrok v chémii chirálnych zlúčenín viedol k vývoju efektívnejšej technológie na výrobu jednotlivých enantiomérov pomocou klasickej rezolúcie alebo asymetrickej syntézy a zároveň rástol dopyt po RLA. V 21. storočí sú dostupné R/S-LA, RLA i SLA s vysokou chemickou a/alebo optickou čistotu v priemyselných množstvách. Aktuálne (2023) sa väčšina svetovej výroby R/S-LA i RLA sústredí v Číne a malé množstvo i v Taliansku, Nemecku a Japonsku. RLA sa vyrába postupmi, ktoré predstavujú upravený proces, ktorý prvýkrát opísal Georg Lang vo svojej dizertačnej práci a neskôr patentovala firma DeGussa. Aj keď RLA je uprednosťnovaná kvôli svojej úlohe podobnej vitamínom, RLA i R/S-LA sú dostupné ako potravinové doplnky. Je známe, že "in vivo" prebiehajú stereošpecifické i nestereošpecifické reakcie a že tieto reakcie napomáhajú mechanizmu pôsobenia kyseliny lipoovej, ale dôkazy zatiaľ naznačujú tomu, že eutomérom (výživovo i terapeuticky preferovanou formou) je kyselina ("R")-lipoová.
Farmakológia.
Farmakokinetika.
Farmakokinetická ľudská štúdia z roku 2007 ukázala, že maximálna koncentrácia lipoátu sodného v plazme a jeho biodostupnosť sú výrazne vyššie než voľná kyselina a približujú sa koncentrácii voľnej kyseliny v plazme po intravenóznom podaní voľnej kyseliny. Sodná soľ kyseliny lipoovej je totižto rozpustnejšia, takže je i biodostupnejšia. Okrem toho je možné dosiahnuť vysoké hladiny v plazme porovnateľné s modelmi u zvierat, u ktorrých bol aktivovaný Nrf2 (transkripčný faktor zodpovedný za expresiu antioxidačných bielkovín).
Rôzne formy kyseliny lipoovej nie sú biologicky ekvivalentné. Málo štúdií však porovnáva jednotlivé enantioméry s racemátom kyseliny lipoovej. Nie je jasné, či dvojnásobok racemátu kyseliny lipoovej nahradzuje RLA.
Toxická dávka LA u mačiek je omnoho nižšia než u ľudí alebo psov a vedie k hepatocelulárnej toxicite.
Farmakodynamika.
Mechanizmus pôsobenia kyseliny lipoovej pri externom podaní je kontroverznou témou. Vyzerá to tak, že po podaní vyvoláva kyselina lipoová odpoveď na oxidačný stres namiesto vychytávania voľných radikálov. Tento efekt je špecifický pre RLA. Napriek silne redukujúcemu prostrediu bola v bunkách detegovaná kyselina lipoová v oxidovanej i redukovanej podobe. Kyselina lipoová je schopná vychytávať reaktívne formy kyslíka a dusíka počas biochemických meraní vďaka dlhým inkubačným časom, ale existuje len málo dôkazov o tom, že podobné procesy prebiehajú i v bunkách alebo že táto schopnosť prispieva k primárnym mechanizmom pôsobenia kyseliny lipoovej. Relatívne dobrá schopnosť vychytávania voči kyseline chlórnej (baktericídu tvorenému neutrofilmi, ktorý môže spôsobiť zápaly a poškodenie tkaniva) je daná napnutým päťčlenným ditiolánovým kruhom, ktorý sa po redukcii na kyselinu dihydrolipoovú (DHLA) štiepi. V bunkách sa kyselina lipoová redukuje na DHLA, ktorá je všeobecne pokladná za bioaktívnejšiu formu LA a za formu zodpovednú za väčšinu antioxidačných účinkov a za zníženie redoxnej aktivity neviazaného železa a medi. Táto teória však bola napadnutá kvôli vysokej reaktivite voľných sulfhydrylových skupín, nízkej vnútrobunkovej koncentrácii DHLA a takisto rýchlej metylácii jedného alebo oboch sulfhydrylových skupín, rýchlej oxidácii bočného reťazca na kratšie metabolity a rýchlemu efluxu (výtoku) z bunky. I keď LA aj DHLA boli detegované vnútri buniek po podaní, väčšina DHLA pravdepodobne existuje v podobe zmiešaných disulfidov s rôznymi cysteínovými reziduami cytozolových a mitochondriálnych bielkovín. Nedávne štúdie uviedli i možný terapeutický a protistarnúci efekt kvôli modulácii prenosu signálu a transkripcie génov, ktoré zlepšujú antioxidačné schopnosti buniek. Je však pravdepodobné, že tieto procesy prebiehajú pro-oxidačnými mechanizmami (mechanizmami, ktoré vedú k oxidačnému stresu) a nie vychytávaním voľných radikálov či redukčným pôsobením kyseliny lipoovej.
Všetky disulfidové podoby kyseliny lipoovej (RLA, SLA i R/S-LA) možno redukovať na kyselinu dihydrolipoovú (DHLA), aj keď u mnohých modelových organizmov boli ukázané redukcie, ktoré sú stereoselektívne a špecifické pre jednotlivé tkanivá. Aspoň dva cytozolové enzýmy (glutatiónreduktáza, GR, a tioredoxínreduktáza, Trx1) a dva mitochondriálne enzýmy (lipoamiddehydrogenáza a tioredoxínreduktáza, Trx2) redukujú kyselinu lipoovú. SLA je stereoselektívne redukovaná cytozolovou GR, zatiaľ čo Trx1, Trx2 a lipoamiddehydrogenáza stereoselektívne redukujú RLA. Kyselina ("R")-(+)-lipoová sa enzýmovo alebo chemicky redukuje na kyselinu ("R")-(-)-dihydrolipoovú, zatiaľ čo kyselina ("S")-(-)-lipoová sa redukuje na kyselinu ("S")-(+)-dihydrolipoovú. Kyselina dihydrolipoová (DHLA) sa môže tvoriť vnútri buniek i mimo nich neenzymaticky prostredníctvom tiol-disulfidových výmenných reakcií.
RLA môže "in vivo" pôsobiť ako vitamín B a pri vysokých dávkach i ako živiny odvodené z rastlín, napríklad kurkumín, sulforafán, resveratrol a iné živiny, ktoré indukujú detoxikačné enzýmy fázy II, teda pôsobiace ako cytoprotektívne látky. Táto odpoveď na stres nepriamo zvyšuje antioxidačné schopnosti bunky.
Bolo ukázané, že SLA je toxická, keď sa podá krysám s nedostatkom tiamínu.
Niekoľko štúdií ukázalo, že SLA má buď nižšiu aktivitu než RLA alebo interferuje s konkrétnymi účinkami RLA prostredníctvom kompetitívnej inhibície.
Použitie.
R/S-LA i RLA sú bežne dostupné ako doplnky stravy v USA v podobe kapsúl, tabliet alebo vodných roztokov a sú predávané ako antioxidanty. Kyselina lipoová je bežne dostupná i na Slovensku.
Aj keď telo je schopné syntetizovať kyselinu lipoovú, takisto je možné ju prijímať v potrave. Ako doplnok v strave v podobe 200 – 600 mg pravdepodobne dodáva až 1000× také množstvo, ako je dostupné v bežnej potrave. Gastrointestinálna absorpcia kyseliny lipoovej je premenlivá a znižuje sa po požití potravy. Na základe toho sa odporúča konzumovať doplnky stravy s kyselinou lipoovou 30 až 60 minút pred alebo aspoň 120 minút po jedle. Maximálna hladina kyseliny lipoovej v krvi nastáva po 30 až 60 minútach od požitia doplnkov stravy a predpokladá sa, že sa z väčšiny metabolizuje v pečeni.
V Nemecku je kyselina lipoová schválená ako liečba diabetickej neuropatie od roku 1966 a je dostupná ako liek bez predpisu.
Klinický výskum.
Podľa vyjadrenia American Cancer Society z roku 2013 „"nie sú aktuálne žiadne spoľahlivé vedecké dôkazy, že kyselina lipoová zabraňuje vývoju alebo šireniu rakoviny"“. V roku 2015 nebolo vnútrožilné podanie kyseliny lipoovej povolené nikde vo svete okrem Nemecka (na liečbu diabetickej neuropatie), ale bolo preukázané ako dostatočne bezpečné a účinné v štyroch klinických skúškach; napriek tomu iná veľká skúška v priebehu štyroch rokov nenašla žiadny rozdiel oproti placebu. V roku 2012 neboli žiadne dobré dôkazy toho, že kyselina lipoová pomáha ľuďom s mitochondriálnymi poruchami. Review z roku 2018 odporúčala kyselinu lipoovú ako doplnok stravy proti obezite s nízkou dávkou (menej než 600 mg denne) na krátke časové úseky (menej než 10 týždňov). Kyselina lipoová je však príliš drahá na to, aby bola praktická ako doplnková terapia na obezitu.