Ácido glioxílico geralmente é descrito com a fórmula química OCHCO2H, i.e. contendo um grupo funcionalaldeído (ver imagem no canto superior direito). O aldeído na verdade não é observado em solução ou como um sólido. Como visto para muitos outros aldeídos, ele existe mais comumente como o hidrato. Assim, a fórmula para o ácido glioxílico é realmente (HO)2CHCO2H, descrito como o "monoidrato." Este diol geminal existe em equilíbrio com o hemiacetal dimérico em solução:[3] A constante da lei de Henry é KH = 1.09 × 104 × exp[(40.0 × 103/R) × (1/T − 1/298)].[4]
2 (HO)2CHCO2H O[(HO)CHCO2H]2 + H2O
Preparações
A base conjugada do ácido glioxílico é conhecida como glioxilato e é a forma em que o composto existe em solução a pH neutro. O glioxilato é o subproduto do processo de amidação na biossíntese de vários péptidos amidados.
Glioxilato é um intermediário do ciclo do glioxilato, o qual permite a organismos, tais como bactérias,[8] fungos e plantas[9] converter ácidos graxos em carboidratos. O ciclo do glioxilato é também importante para indução dos mecanismos de defesa das plantas em resposta a fungos.[10] O ciclo do glioxilato é iniciado através da atividade da isocitrato liase, que converte o isocitrato em glioxilato e succinato. Pesquisa está sendo feita para co-optar a rota para uma variedade de usos, como a biossíntese de succinato.[11]
Glioxilato em humanos
Glioxilato é produzido via duas rotas através da oxidação do glicolato nos peroxissomos ou através do catabolismo da hidroxiprolina nas mitocôndrias.[12] Nas peroxissomas, o glioxilato é convertido em glicina por AGT1 ou em oxalato por glicolato oxidase. Na mitocôndria, glioxilato é convertido em glicina por AGT2 ou em glicolato por glicolato redutase. Uma pequena quantidade de glioxilato é convertido em oxalato por lactato deidrogenase citoplásmica.[13]
Glioxilato em plantas
Além de ser um intermediário na via do glioxilato, o glioxilato também é um intermediário importante na rota da fotorrespiração. Fotorrespiração é um resultado da reação de Rubisco secundária com O2 ao invés de CO2. Embora tenha sido considerado um desperdício de energia e recursos, a fotorespiração mostrou ser um importante método de regeneração de carbono e CO2, removendo fosfoglicolato tóxico, e iniciando mecanismos de defesa.[14][15] Na fotorrespiração, glioxilato é convertido de glicolato através da atividade de glicolato oxidase no peroxissoma. É então convertido em glicina através de ações paralelas por SGAT e GGAT, que é então transportado para a mitocôndria.[16][15] Tem sido também relatado que o complexo piruvato deidrogenase pode desempenhar um papel no metabolismo de glicolato e glioxilato.[17]
Relevância em doenças
Diabetes
Glioxilato é pensado para ser um marcador inicial potencial para diabetes do Tipo II.[18] Uma das condições chave da patologia diabetes é a produção de produtos finais de glicação avançada (AGEs, advanced glycation end-products) causada pela hiperglicemia.[19] AGEs pode levar a mais complicações de diabetes, como danos nos tecidos e doença cardiovascular.[20] Geralmente são formados a partir de aldeídos reativos, como os presentes em açúcares redutores e alfa-oxoaldeídos. Em um estudo, níveis de glioxilato foram encontrados significativamente aumentados em pacientes que foram diagnosticados posteriormente com diabetes do Tipo II.[18] Os níveis elevados foram encontrados às vezes até três anos antes do diagnóstico, demonstrando o papel potencial por glioxilato para ser um marcador preditivo precoce.
Nefrolitíase
Glioxilato está envolvido no desenvolvimento de hiperoxalúria, uma causa chave de nefrolitíase (comumente conhecido como pedras nos rins). Glioxilato é tanto um substrato como indutor de transportador-1 de ânion sulfato (sat-1), um gene responsável pelo transporte de oxalato, permitindo que ele aumente a expressão mRNA sat-1 e como um resultado o oxalato eflui da célula. O aumento de oxalato liberado permite o acúmulo de oxalato de cálcio na urina, e então a eventual formação de pedras no rim.[13]
A interrupção do metabolismo do glioxilato proporciona um mecanismo adicional de desenvolvimento da hiperoxalúria. Perda de função de mutações no gene HOGA1 leva a uma perda de 4-hidroxi-2-oxoglutarato aldolase, uma enzima na rota hidroxiprolina a glioxilato. O glioxilato resultante desta via é normalmente armazenado para evitar oxidação a oxalato em citosol. O caminho interrompido, no entanto, causa um acúmulo de 4-hidroxi-2-oxoglutarato o qual também ser transportado ao citosol e convertido em glioxilato através de diferente aldolase. Estas moléculas de glioxilato podem ser oxidadas em oxalato aumentando sua concentração e causando hiperoxalúria.[12]
Reações e usos
Ácido glioxílico é um ácido aproximadamente 10x mais forte que o ácido acético, com uma constante de dissociação ácida de 4.7 × 10−4 (pKa = 3.32):
↑ abcGeorges Mattioda and Yani Christidis “Glyoxylic Acid” Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 2002, Wiley-VCH, Weinheim. doi:10.1002/14356007.a12_495
↑Ip, H. S. Simon; Huang, X. H. Hilda; Yu, Jian Zhen. «Effective Henry's law constants of glyoxal, glyoxylic acid, and glycolic acid». Geophysical Research Letters. 36 (1). doi:10.1029/2008GL036212
↑Holms WH (1987). «Control of flux through the citric acid cycle and the glyoxylate bypass in Escherichia coli». Biochem Soc Symp. 54: 17–31. PMID3332993
↑Escher CL, Widmer F (1997). «Lipid mobilization and gluconeogenesis in plants: do glyoxylate cycle enzyme activities constitute a real cycle? A hypothesis». Biol. Chem. 378 (8): 803–813. PMID9377475
↑ abPeterhansel, Christoph; Horst, Ina; Niessen, Markus; Blume, Christian; Kebeish, Rashad; Kürkcüoglu, Sophia; Kreuzaler, Fritz (23 de março de 2010). «Photorespiration». The Arabidopsis Book / American Society of Plant Biologists. 8. ISSN1543-8120. PMC3244903. PMID22303256. doi:10.1199/tab.0130