酮酸

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1簡介編輯概述酮酸是一類在生物體內擁有重要作用的有機酸,在氨基酸新陳代謝和維持氧化還原狀態的過程中它起一個中心作用。酮酸分兩種:

·α酮酸含有氨基酸的碳結構骨架。

·β酮酸是高能量的(不穩定的)代謝物,它可以失去羧基同時釋放能量促進

其它反應進行(脫羧)。

α酮酸α酮酸是羧基在阿爾法碳原子上的的酮酸,丙酮酸是最簡單的α酮酸。丙酮酸可以隨酒精發酵的過程中分解乙醛二氧化碳。在酶的作用下也可以分解為乙酰輔酶A二氧化硫三羧酸循環中有一個類似的反應。

實驗室里使用硫酸可以瓦解-CO-COOH上比較弱的C-C鍵,丙酮酸比如可以在這個反應中被分解圍一氧化碳醋酸

另一個典型的反應是轉氨基反應,在這個反應中一個α酮酸獲得一個氨基,同時一個谷氨酸失去一個氨基,而不釋放氨。通過這個反應丙酮酸可以轉化為丙氨酸,草酰乙酸(它同時是一個α酮酸和β酮酸)轉化為天冬氨酸,a-酮戊二酸轉化為谷氨酸。

β酮酸β酮酸的兩個羧基之間還隔著一個碳原子。β酮酸非常不穩定,它會 3-丁酮酸

自動脫羧,在細胞中這個過程通過催化劑作用發生。比如在糖異生過程中草酰乙酸的脫羧。

2化學編輯酮酸分子中含有羧基和酮基兩種官能團,因此它既有羧酸的性質,如成鹽和 乙酰乙酸

成酯等;又有酮的典型反應,如與羥胺反應,加氫還原等。此外,由於兩種官能團的相互影響,還有一些特殊性質,如α-酮酸,β-酮酸易脫羧等。

加氫還原反應酮酸加氫還原生成羥基酸。

例如:

加氫還原

加氫還原

脫羧反應α-酮酸分子中的酮基與羧基直接相連,由於氧原子的電負性較強 α-酮戊二酸

,使酮基與羧基碳原子間的電子雲密度降低,因而碳碳鍵容易斷裂,α-酮酸與稀硫酸共熱,發生脫羧反應,生成少1個碳原子的醛。

β-酮酸受熱時更易脫羧。β-酮酸只有在低溫下穩定,在室溫以上易脫羧成酮,這是β-酮酸的共性。

例如:

脫羧反應

3代謝編輯

氨基酸經聯合脫氨或其它方式脫氨所生成的α-酮酸有下述去路:

生成非必需氨基酸-α-酮酸經聯合加氨反應可生成相應的氨基酸。八種必需氨基酸中,除賴氨酸蘇氨酸外其餘六種亦可由相應的α-酮酸加氨生成。但和必需氨基酸相對應的α-酮酸不能在體內合成,所以必需氨基酸依賴於食物供應。

氧化生成CO2和水這是α-酮酸的重要去路之一。α-酮酸通過一定的反應途徑先轉變成丙酮酸、乙酰CoA、或三羧酸循環的中間產物,再經過三羧酸循環徹底氧化分解。三羧酸循環將氨基酸代謝糖代謝脂肪代謝緊密聯繫起來。

轉變生成糖和酮體使用四氧嘧啶(alloxan)破壞犬的胰島β-細胞,建立人工糖尿病犬的模型。待其體內糖原和脂肪耗盡后,用某種氨基酸飼養,並檢查犬尿中糖與酮體的含量。若飼某種氨基酸后尿中排出葡萄糖增多,稱此氨基酸為稱生糖氨基酸(glucogenicaminoacid);若尿中酮體含量增多,則稱為生酮氨基酸(ketogenicaminoacid)。尿中二者都增多者稱為生糖兼生酮氨基酸(glucogenicandketogenicaminoacid)。從下表中可以看出,凡能生成丙酮酸或三羧酸循環的中間產物的氨基酸均為生糖氨基酸;凡能生成乙酰CoA或乙酰乙酸的氨基酸均為生酮氨基酸;凡能生成丙酮酸或三羧酸循環中間產物同時能生成乙酰CoA或乙酰乙酸者為生糖兼生酮氨基酸。

氨基酸和糖、脂肪的共有中間代謝產物

氨基酸簡稱

共同中間代謝產物

生糖或生酮

草酰乙酸

生糖

絲、甘、丙、羥、脯、半胱、胱

丙酮酸

生糖

丙酮酸、琥珀酰輔酶A

生糖

丙酮酸、乙酰乙酸

生糖兼生酮

谷、組、鳥、精、瓜、脯

α-酮戊二酸

生糖

蛋、纈

琥珀酰輔酶A

生糖

異亮

琥珀酰輔酶A、乙酰輔酶A

生糖兼生酮

酪、苯丙

乙酰乙酸、延胡索酸

生糖兼生酮

乙酰乙酸

生酮

乙酰輔酶A、α-酮戊二酸

生糖兼生酮

亮氨酸為生酮氨基酸,賴氨酸、異亮氨酸色氨酸苯丙氨酸酪氨酸為生糖兼生酮氨基酸,其餘氨基酸均為生糖氨基酸。

4分解編輯

β-酮酸的分解分兩種:

酮式分解乙酰乙酸乙酯(又叫β-丁酮酸乙酯,簡稱三乙),及其取代衍生物與稀鹼作用,水解生成β-羰基酸,受熱后脫羧生成甲基酮。故稱為酮式分解。

酸式分解乙酰乙酸乙酯及其取代衍生物在濃鹼作用下,主要發生乙酰基的斷裂,生成乙酸或取代乙酸,故稱為酸式分解。

5異構編輯

β-丁酮酸只有在低溫下穩定,而它的酯是穩定的化合物,一般製成β-丁酮酸乙酯(又稱乙酰乙酸乙酯),便於保存。其結構如下:

乙酰乙酸乙酯(CH3COCH2COOC2H5)是β-酮酸——乙酰乙酸的酯。它不同於β-酮酸,比較穩定。乙酰乙酸乙酯是無色有香味液體,沸點180.4℃,微溶於水,易溶於乙醇乙醚及大多數有機溶劑。它是有機合成的重要原料。

乙酰乙酸乙酯具有酮和羧酸酯的基本性質,能與HCN,NaHSO3,羥胺及苯肼反應,以稀NaOH水解為乙酰乙酸和乙醇。此外,乙酰乙酸乙酯還能使溴溶液裉色,與金屬鈉作用 乙酰乙酸乙酯

放出氫氣,與FeCL3呈紫紅色。這些性質表明乙酰乙酸乙酯還應具有烯醇式構造

實際上,乙酰乙酸乙酯是其酮式構造與烯醇式構造的平衡混合物。在水溶液中,酮式佔優勢。

如將此平衡混合物溶解石油醚中,冷至-78℃,可以得到酮式的晶體。如將平衡混合物與金屬鈉反應生成的烯醇鈉,在-78℃,可以得到酮式的晶體。但是,無論是將酮式的晶體或烯醇式的油狀液放置一定時間,或用適當溶劑溶解后再放置,都將成為酮式與烯醇式的平衡混合物。

乙酰乙酸乙酯表現出雙重的反應性能:

(1)它可以和2,4,二硝基苯肼反應生成橙色的2,4-二硝基苯腙,表明含酮式結構。

(2)又能與三氯化鐵溶液作用顯紫色;能使溴水褪色;能與金屬鈉作用放出氫氣。這3個反應是烯醇的典型反應。

研究證明,乙酰乙酸乙酯是酮式和烯醇式異構體的混合物,在室溫下它們之間處於動態平衡狀態。

乙酰乙酸乙酯的酮式與烯醇式是構造異構體,二者的差別僅 酮式-烯醇式互變

在於一個雙鍵及一個質子的位置不同。在酮式中是C=O雙鍵,質子連在羧酸酯基的α碳上;在烯醇式中是C=C雙鍵,質子連在羧酸酯基的β碳所連的羥基中。酮式與烯醇式之間很容易相互轉化,只要有痕量的酸或鹼,甚至玻璃容器的器壁,都能促其轉變,建立平衡。象這種處於動態平衡的同分異構現象叫做互變異構現象,在平衡體系中能彼此互變的異構體稱為互變異構體。除乙酰乙酸乙酯外,還有許多物質,如β-二酮以及某些糖和含氮化合物等,也能產生這種互變異構現象。乙酰乙酸乙酯的酮式與烯醇式異構稱為酮式-烯醇式互變異構。

凡含α-H碳基化合物都有酮式-烯醇式互變異構。酮式與烯醇式的比例與其分子構造及介質等有關。在醛或酮中也有酮式-烯醇式互變異構平衡存在,羰基的α-H作為質子轉移,不過在平衡混合物中,烯醇所占的比例太小。

在1,3-二羰基化合物中,烯醇式的比例大大增加,例如,2,4-戊二酮(乙酰丙酮)的水溶液中含16%的烯醇,而其己烷溶液中,烯醇式占92%。

1,3-二酮含有大量烯醇式的原因有二:一是π電子雲的離域使烯醇式比較穩定,二是生成的烯醇能借分子內氫鍵形成六元環。

乙酰乙酸乙酯的烯醇式也能形成分子內氫鍵,同時與羧酸酯基中的 形成共軛體系,因而也有較多的烯醇式。由於酮基對α-H的作用強於羧酸酯基中的,所以α-H移向酮基而不移向羧酸酯基。

由於乙酰乙酸乙酯的上述性質,可以通過亞甲基上的取代,引入各種不同的基團后,再經酮式分解或酸式分解,就可以得到不同結構的酮或酸。 酮式分解、酸式分解

同理,二取代乙酰乙酸乙酯進行酮式分解將得到二取代丙酮;進行酸式分解將得到二取代乙酸。說明:乙酰乙酸乙酯合成法主要用其酮式分解制取酮,酸式分解制酸很少,制酸一般用丙二酸二乙酯合成法。

6相關編輯復方α-酮酸片

本品由四種酮酸、一種羥酸和五種必需氨基酸配方製成,其中酮酸和羥酸以鈣鹽形式存在。酮酸或羥酸經過酶的轉氨基作用合成相應的必需氨基酸,同時尿素氮被降減,通過再利用含氮代謝產物減少尿毒症毒素的蓄積,改善尿毒症癥狀;通過腎小球的高濾過,降低血磷和PTH水平延緩慢性腎衰的進程,從而推遲開始透析的時間;補充必需氨基酸則糾正基酸代謝紊亂,改善營養狀況。本品由德國費森尤斯卡比公司開發上市。

補充復方α-酮酸和必需氨基酸,能改善體內氨基酸和蛋白代謝紊亂,促進蛋白合成。配合低蛋白飲食減輕腎小球的高濾過,保護腎單位,減緩慢性腎功能衰竭惡化。降低血磷和甲狀旁腺素水平,改善繼發性甲狀旁腺亢進引起的一系列癥狀。

通過重複利用含氮代謝產物,促進蛋白質合成,改善氮平衡和血氨基酸的不平衡狀態,降低血中K+和PO3-/4離子濃度,從而改善尿毒症的癥狀.配合低蛋白飲食,預防和治療慢性腎功能衰竭的蛋白代謝失調

人體有8種必需氨基酸,組氨酸和酪氨酸對於正常人來講雖不是必需氨基酸,但尿毒症患者體內合成這兩種氨基酸的原料缺乏,所以這兩種氨基酸對腎病患者也成為必需氨基酸。

慢性腎衰患者體內必需氨基酸減少,非必需氨基酸增多。這種比例失調可造成蛋白質合成減少、分解增多。補充必需氨基酸,可使腎衰患者即使在低蛋白飲食的情況下,也可增加體內蛋白質的合成,並可糾正患者必需氨基酸和非必需氨基酸的失衡。另外低蛋白飲食大大減少了磷的攝入,可降低血磷水平,減輕鈣磷代謝紊亂。復方а-酮酸的主要成分是必需氨基酸和а-酮酸的鈣鹽。а-酮酸是合成氨基酸的原料,在體內可轉變為必需氨基酸。單純使用必需氨基酸可使必需和非必需氨基酸比例適當,但氨基酸本身含氮,通過代謝也會產生含氮廢物,這些含氮廢物通過腎臟排泄會加重病腎的負擔;還有研究表明必需氨基酸會改變腎臟血流動力,引起高濾過,導致殘存的腎單位進一步毀損。而應用酮酸的好處在於:酮酸不含氮,不會引起體內含氮代謝物增多,再者а-酮酸與體內的氨基結合生成必需氨基酸還能使含氮廢物再利用,因而優於必需氨基酸。а-酮酸製劑含有鈣鹽,對糾正鈣磷代謝紊亂,減輕繼發性甲旁亢也有一定的療效

復方α-酮酸是一種復方製劑,其中含有一定量的必需氨基酸,同時還含有α-酮酸、鈣等物質。α-酮酸本身不含氮,在體內通過轉氨基作用結合一個氮以後轉變為相應的必需氨基酸。所以,復方α-酮酸在對慢性腎功能衰竭的患者治療中比必需氨基酸療效更好。

目前我國的腎病患者,主要靠腎透析腎移植來延長生命,而腎移植需要很高的費用,一般人難以承受,只能靠腎透析。進口的開同酸片在我國銷售較好,在北京上海、廣州的銷售都位於所有藥品銷售的前50位。因此開發復方α-酮酸片具有較好的經濟效益。