Kyselina β-hydroxybutyrová

Kyselina β-hydroxybutyrová je β-hydroxykyselina, ktorá patrá medzi ketolátky. Bežne sa používa názov jej konjugovanej bázy, β-hydroxybutyrát, ktorý sa niekedy skracuje ako BHB (ďalšie názvy pozri v infoboxe). Je to chirálna zlúčenina, ktorá má dva enantioméry, u ľudí však vzniká iba jeden z nich (D-β-hydroxybutyrát). Jej oxidované a polymérne deriváty sa bežne vyskytujú v prírode. U ľudí je BHB jedným z dvoch primárnych endogénnych agonistov receptoru hydroxykarboxylových kyselín 2 (HCA2), čo je receptor spriahnutý s G-proteínmi (GPCR).

BHB je významnou ketolátkou, ktorá predstavuje alternatívny zdroj energie pre mozog a svaly pri nedostatku glukózy (napríklad pri hladovaní alebo cukrovke).

Biosyntéza 
U ľudí sa D-β-hydroxybutyrát syntetizuje v pečeni v metabolizme mastných kyselín, β-hydroxy-β-metylbutyrátu a ketogénnych aminokyselín v slede niekoľkých reakcií, ktoré premieňajú tieto látky na acetoacetát, čo je ketolátka, ktorá pri hladovaní vzniká ako prvá. Proces syntézy ketolátok sa nazýva ketogenéza. 

Biosyntéza β-hydroxybutyrátu z acetoacetátu je katalyzovaná enzýmom β-hydroxybutyrátdehydrogenázou:

 acetoacetát + NADH + H+ → β-hydroxybutyrát + NAD+

Na využitie β-hydroxybutyrátu dochádza k jeho spätnej oxidácii na acetoacetát a rozkladu na acetyl-CoA.

Butyrát sa môže metabolizovať na BHB i druhou metabolickou dráhou, ktorá neprebieha cez acetoacetát. Táto dráha je nasledovná:

 butyrát → butyryl-CoA → krotonyl-CoA → β-hydroxybutyryl-CoA → poly-β-hydroxybutyrát → D-β-(D-β-hydroxybutyryloxy)-butyrát → D-β-hydroxybutyrát

Posledná reakcia tejto dráhy, premena D-β-(D-β-hydroxybutyryloxy)-butyrátu na D-β-hydroxybutyrát, je katalyzovaná hydrolázou diméru hydroxybutyrátu.

Koncentrácia v krvi 
Koncentrácia BHB v krvnej plazme sa u ľudí zvyšuje počas ketózy a podobne je to i s ostatnými ketolátkami. Táto zvýšená hladina je očakávateľná, keďže BHB vzniká z acetoacetátu. BHB sa môže využiť ako zdroj energie v mozgu, keď je hladina glukózy v krvi nízka. U pacientov s diabetom je možné zistiť hladinu ketolátok pomocou testov krvi alebo moču, čím je možné odhaliť diabetickú ketoacidózu. U alkoholickej ketoacidózy vzniká BHB v najvyššej koncentrácii. Ak sa v bunkách pečene vyčerpá zásoba oxalacetátu, dochádza ku ketogenéze, ktorá je spôsobená zníženým príjmom sacharidov (počas diéty alebo hladovania), dlhého nadmerného požívania alkoholu alebo pri nedostatku inzulínu. Keďže oxalacetát je nutný pre vstup acetyl-CoA do citrátového cyklu, nadbytok acetyl-CoA, ktorý vzniká pri rozklade mastných kyselín a nedostatku oxalacetátu, sa namiesto toho využíva na syntézu ketolátok.

Biologická aktivita 
BHB a kyselina butyrová sú dva hlavné endogénne agonisty receptoru hydroxykarboxylových kyselín 2 (HCA2), ktorý je spriahnutý s G-proteínmi (patrí medzi GPCR).
BHB je takisto schopný prestúpiť hematoencefalickú bariéru do centrálneho nervového systému. Hladina BHB sa zvyšuje v pečeni, srdci, svaloch, mozgu a iných tkanivách počas cvičenia, kalorických obmedzení, hladovania a ketogénnej diéty. Bolo zistené, že BHB funguje ako inhibítor histónových deacetyláz (HDAC). Keďže BHB inhibuje dva izozýmy HDAC, HDAC2 a HDAC3, zvyšuje hladinu BDNF a TrkB signalizáciu v hipokampe. Okrem toho bolo v štúdii na hlodavcoch zistené, že dlhé cvičenie zvyšuje hladinu BHB v krvi, čo indukuje promótory génu BDNF v hipokampe. Tieto závery by mohli byť klinicky významné pri liečbe depresie, úzkosti a kognitívnych porúch.

U pacientov s epilepsiou na ketogénnej diéte koreluje hladina BHB so schopnosťou ovládať záchvaty. BHB evidentne pôsobí ako optimálny antikonvulzant (proti záchvatom) približne pri koncentrácii 4 mmol/L.

Laboratórna a priemyselná chémia 

BHB je prekurzorom pre polyestery, ktoré sú použiteľné ako biodegradovateľné plasty. Polymér poly(3-hydroxybutyrát) je takisto prirodzene produkovaný baktériou Alcaligenes eutrophus. BHB je možné z tohto polyméru extrahovať kyslou hydrolýzou.

Koncentrácia BHB v krvnej plazme sa meria pomocou testu, ktorý využíva β-hydroxybutyrátdehydrogenázu s NAD+ ako kofaktorom, ktorý prijíma elektróny. Tento enzým katalyzuje premenu BHB na acetoacetát a súčasnú premenu NAD+ na NADH, ktorú je možné merať.

Referencie

Zdroj 

Antidepresíva
Hydroxykyseliny
Ketolátky