Kyselina glyoxalová

**Kyselina glyoxalová**, občas **kyselina glyoxylová** alebo **kyseliny oxooctová**, je organická zlúčenina a zároveň najmenšia aldehydokyselina. Podobne ako kyseliny octová, glykolová a šťaveľová je kyselina glyoxalová jednou z C2 karboxylových kyselín. Je to biela kryštalická látka, ktorá sa vyskytuje v prírode a má i priemyselné použitie. Jej konjugovaná báza sa nazýva **glyoxalát** alebo **glyoxylát**.

## Štruktúra a názvoslovie
Aj keď v štruktúre kyseliny glyoxalovej sa bežne značí aldehydová funkčná skupina, tento aldehyd je v niektorých situáciách len minoritná zložka hlavných prítomných foriem. Namiesto toho glyoxalát často vystupuje ako hydrát alebo cyklický dimér. Napríklad v prítomnosti vody sa karbonyl rýchlo mení na geminálny diol (ktorý sa popisuje ako „monohydrát“). Rovnovážna konštanta (K) pre tvorbu dihydroxyoctovej kyseliny je pri izbovej teplote 300:

: 300x300bod

V roztoku existuje monohydrát v rovnováhe s hemiacetálovým dimérom:

: 300x300bod

Osamote má aldehydová štruktúra ako hlavný konformér cyklickú štruktúru s vodíkovou väzbou, pričom aldehydový karbonyl je v blízkosti karboxylového vodíka:

100x100bod

Konštanta Henryho zákona pre kyselinu glyoxalovú je KH = 1,09 × 104 × exp[(40,0 × 103/R) × (1/T − 1/298)].

## Príprava
Kyselina glyoxalová vystupuje pri neutrálnom pH ako jej konjugovaná báza, teda glyoxylát. Gyloxylát je vedľajším produktom amidačných procesov v biosyntéze niekoľkých amidovaných peptidov.

Podľa historických záznamov bola kyselina glyoxalová pripravená z kyseliny šťaveľovej elektrosynteticky: v organickej syntéze boli využité katódy z oxidu olovičitého na prípravu kyseliny glyoxalovej z kyseliny v šťaveľovej v roztoku kyseliny sírovej ako elektrolytu.

: 380x380bod

Horúca kyselina dusičná je schopná oxidovať glyoxal až na kyselinu glyoxalovú. Táto reakcie ja však silne exotermická a náchylná k prehriatiu. Mimo toho je hlavným vedľajším produktom kyselina šťaveľová.

Účinná je i ozonolýza kyseliny maleínovej.

## Biologická úloha

### Glyoxylátový cyklus

Glyoxylát je medziproduktom glyoxylátového cyklu, ktorý umožňuje rôznym organizmom, napríklad baktériám, hubám a rastlinám, premieňať mastné kyseliny na sacharidy. Glyoxylátový cyklus je takisto dôležitý u rastlín pre spustenie obranných mechanizmov proti hubám. Glyoxylátový cyklus začína aktivitou izocitrátlyázy, ktorá premieňa izocitrát na sukcinát a glyoxylát.**** Prebiehajú ďalšie výskumy na alternatívne využitia tohto cyklu, napríklad na biosyntézu sukcinátu.

### U človeka
Glyoxylát je produkovaný dvoma dráhami: cez oxidáciu glykolátu v peroxizómoch alebo cez katabolizmus hydroxyprolínu v mitochondriách. V peroxizómoch sa glyoxylát konvertuje na glycín pomocou AGT1 alebo na oxalát pomocou glykolátoxidázy. V mitochondriách sa glyoxylát premieňa na glycín pomocou AGT2 alebo na glykolát pomocou glyoxylátreduktázy. Malé množstvo glyoxylátu sa premieňa na oxalát pomocou cytoplazmatickej laktátdehydrogenázy.
stred|náhľad|600x600bod|Oxalátový a glyoxylátový metabolizmus v hepatocytoch. AGT 1 a 2, alanín:glyoxylátaminotrasnferáza 1 a 2; GO, glykolátoxidáza; GR, glyoxylátreduktáza; HKGA, 4-hydroxy-2-ketogluratátlyáza; LDH, laktátdehydrogenáza.

### U rastlín
Okrem toho, že je glyoxylát intermediátom glyoxylátového cyklu, je glyoxylát i dôležitým medziproduktom vo fotorespiračnej dráhe. Fotorespirácia je výsledok vedľajšej reakcie enzýmu RuBisCO s O2 namiesto CO2. Na začiatku bola táto reakcia považovaná za stratu energie a zdrojov, neskôr bolo však ukázané, že fotorespirácia je dôležitou metódou regenerácie uhlíka a CO2, odstraňovania odpadného fosfoglykolátu a spustenia obranných mechanizmov. Počas fotorespirácie sa glyoxylát premieňa na glykolát vďaka aktivite glykolátoxidázy v peroxizómoch. Potom sa premieňa na glycín paralelne pomocou SGAT a GGAT a ten je možné transportovať do mitochondrií. Takisto bolo popísané, že pyruvátdehydrogenázový komplex môže prispievať ku glykolátovému a glyoxylátovému metabolizmu.

stred|náhľad|600x600bod|Prehľad fotorespirácie v ''Arabidopsis''. GGAT, glyoxylát:glutamátaminotransferáza; GLYK, glycerátkináza; GO, glykolátoxidáza, HPR, hydroxypyruvátreduktáza; PGLP, fosfoglykolátfosfatáza; RuBisCO, RuBP karboxyláza/oxygenáza; SGAT, serín:glyoxylátaminotransferáza; SHM, serínhydroxymetyltransferáza.

## Význam u chorôb

### Cukrovka
Glyoxylát sa pokladá za potenciálny marker počiatku diabetu druhého typu. Jeden z kľúčových patologických stavov cukrovky je produkcia pokročilých glykovaných konečných produktov (AGEs, z anglického *advanced glycation end-products*), spôsobených hyperglykémiou. AGEs môžu viesť k ďalším komplikáciám diabetu, ako je poškodenie tkaniva a kardiovaskulárne ochorenia. Všeobecne sú tvorené z reaktívnych aldehydov, ako sú tie v redukujúcich cukroch a alfa-oxoaldehydoch. V štúdiach bolo zistené, že hladina glyoxylátu bola výrazne zvýšená u pacientov, ktorí boli neskôr diagnostikovaní ako diabetici druhého typu. Zvýšené hladiny glyoxylátu boli niekedy objavené až tri roky pred diagnózou, čo poukazuje na potenciálnu rolu glyoxylátu ako včasného predikčného markera.

### Nefrolitiáza
Glyoxylát vystupuje vo vzniku hyperoxalúrie, kľúčovej príčiny nefrolitázy (bežne známej ako obličkové kamene). Glyoxylát je substrátom i induktorom transportéru sulfátového aniónu-1 (sat-1), génu zodpovedného za transport oxalátu, čo mu umožňuje zvýšiť expresiu mRNA sat-1 a spôsobiť výtok oxalátu z bunky. Zvýšený výdaj oxalátu umožňuje hromadenie oxalátu vápenatého v moči, čo môže viesť k tvorbe obličkových kameňov.

Poškodenie glyoxylátového metabolizmu umožňuje ďalší mechanizmus vývoja hyperoxalúrie. Mutácie, pri ktorých dochádza k strate funkcie génu HOGA1, vedú k strate 4-hydroxy-2-oxoglutarátaldolázy, enzýmu, ktorý sa účastní dráhy premeny hydroxyprolínu na glyoxylát. Glyoxylát, ktorý vzniká touto dráhou, sa bežne ukladá preč, aby nedochádzalo k jeho oxidácii na oxalát v cytosóle. Pri poškodení dráhy však vzniká nadbytok 4-hydroxy-2-oxoglutarátu, ktorý sa tiež môže presunúť do cytosólu a konvertovať na glyoxylát inou aldolázou. Tieto molekuly glyoxylátu môžu byť oxidované na oxalát, čím sa zvýši jeho koncentrácia a vzniká hyperoxalúria.

## Reakcie a použitie
Kyselina glyoxalová je asi desaťkrát silnejšia kyselina než kyselina octová a jej disociačná konštanta je 4.7 × 10−4 (p*K*a = 3.32):

: OCH-COOH ⇌ OCH-COO- +  H+

V prítomnosti zásady podlieha kyselina glyoxalová disproporcionácii, čím vzniká kyselina hydroxyoctová a kyselina šťaveľová:

: 2 OCH-COOH  +  H2O   →   HOCH2-COOH  +  HOOC-COOH

Kyselina glyoxalová tvorí heterocyklus po kondenzácii s močovinou a 1,2-diaminobenzénom.

### Fenolové deriváty
Kyselina glyoxalová všeobecne podstupuje elektrofilnú aromatickú substitučnú reakciu s fenolmi, čo je verzatilný krok pre syntézu niekoľkých zlúčenín.

Priamy produkt s fenolom je kyselina 4-hydroxymandľová. Táto zlúčenina reaguje s amoniakom za vzniku hydroxyfenylglycínu, ktorý je prekurzorom lieku amoxicilínu. Redukciou kyseliny 4-hydroxymandľovej vzniká kyselina 4-hydroxyfenyloctová, ktorá je prekurzorom lieku atenololu.

Sekvencia reakcií, v ktorých reaguje kyselina glyoxalová s guaiakolom a následne sa oxiduje a dekarboxyluje, umožňuje syntézu vanilínu, pričom sa vlastne jedná o formylačný proces.

#### Hopkins-Coleova reakcia
Glyoxylát je súčasťou Hopkins-Coleovej reakcie, ktorou je možné zistiť prítomnosť tryptofánu v proteínoch.

### Environmentálna chémia
Kyselina glyoxalová je jednou z niekoľkých karboxylových kyselín obsahujúcich karbonylovú skupinu (ketón alebo aldehyd), ktoré sú bežné ako sekundárne organické aerosoly. V prítomnosti vody a svetla môže podstúpiť fotochemickú oxidáciu. Môže prebehnúť niekoľko reakčných dráh, čo vedie k rôznym ďalším karboxylovým a aldehydovým produktom.

## Bezpečnosť
Táto zlúčenina nie je veľmi toxická, LD50 pre potkany je 2500 mg/kg.

## Referencie

## Zdroj

Kategória:Aldehydokyseliny