Ácido glioxílico

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Glyoxylic acid
Alerta sobre risco à saúde
Glyoxylsäure.svg
Glyoxylic acid 3D spacefill.png
Nome IUPAC Ácido oxoetanoico
Outros nomes Ácido formilfórmico
Identificadores
Número CAS 298-12-4
PubChem 760
ChemSpider 740
SMILES
Propriedades
Fórmula molecular C2H2O3
Massa molar 74.04 g/mol
Ponto de fusão

70–75 °C (semi-hidratado)[1]
98 °C (anidro)[1]

Riscos associados
Frases R R34
Frases S S26, S36/37/39, S45
Compostos relacionados
Ácidos carboxílicos relacionados Ácido glicólico (hidroxietanoico)
Ácido oxálico (etanodioico)
Ácido pirúvico (oxopropanoico)
Compostos relacionados Glioxal (etanodial)
Glicolaldeído (hidroxietanal)
Exceto onde denotado, os dados referem-se a
materiais sob condições normais de temperatura e pressão

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O ácido glioxílico ou ácido formilfórmico é um composto orgânico, um ácido orgânico.[2] Juntamente com o ácido acético, ácido glicólico e ácido oxálico, o ácido glioxílico é um dos ácidos carboxílicos C2. É um sólido incolor que ocorre naturalmente e é útil industrialmente tanto puro como na forma dos seus sais e ésteres. Vem sendo muito utilizado pela indústria cosmética em substituição ao formaldeído nos tratamentos de cabelos, nas chamadas "progressivas".

Estrutura e nomenclatura[editar | editar código-fonte]

Ácido glioxílico geralmente é descrito com a fórmula química OCHCO2H, i.e. contendo um grupo funcional aldeído (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 está em equilíbrio com O[(HO)CHCO2H]2 + H2O

Preparações[editar | editar código-fonte]

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.

O composto é formado por oxidação orgânica de glioxal com ácido nítrico quente, sendo o produto lateral principal o ácido oxálico. No entanto, esta reação é altamente exotérmica e propensa a descontroles térmicos.
Ozonólise do ácido maleico é também efetiva.[3]

Historicamente o ácido glioxílico foi preparado do ácido oxálico eletrossinteticamente:[5][6]

GlyoxalicAcidElectrosyn.png

Em síntese orgânico, ânodos de dióxido de chumbo foram aplicados para a produção de ácido glioxílico de ácido oxálico em um eletrólito de ácido sulfúrico.[7]

Papel biológico[editar | editar código-fonte]

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[editar | editar código-fonte]

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]

metabolismo de oxalato e glioxilato em hepatócitos. AGT1 e 2, alanina: glioxilato aminotransferase 1 e 2; GO, glicolato oxidase; GR, glioxilato redutase; HKGA, 4-hidroxi-2-cetoglutarato liase; LDH, lactato deidrogenase.

Glioxilato em plantas[editar | editar código-fonte]

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]

Visão geral básica da fotorrespiração em Arabidopsis. GGAT, glioxilato:glutamato aminotransferase; GLYK, glicerato quinase; GO, glicolato oxidase; HPR, hidroxipiruvato redutase; PGLP, fosfoglicolato fosfatase; Rubisco, RuBP carboxilase/oxigenase; SGAT, serina:glioxilato aminotransferase; SHM, serina hidroximetiltransferase.

Relevância em doenças[editar | editar código-fonte]

Diabetes[editar | editar código-fonte]

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[editar | editar código-fonte]

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[editar | editar código-fonte]

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):

OCHCO2H está em equilíbrio com OCHCO2 + H+

Com base, ácido glioxílico desproporciona:

2 OCHCO2H + H2O → HOCH2CO2H + (CO2H)2

Ácido glioxílico resulta em heterociclos sob condensação com ureia e 1,2-diaminobenzeno.

Derivados de fenol[editar | editar código-fonte]

Sua condensação com fenol é versátil. O produto imediato é ácido 4-hidroximandélico. Estas espécies reagem com amônia resultando em hidroxifenilglicina, um precursor à droga amoxicilina. Redução do ácido 4-hidroximandélico resulta em ácido 4-hidroxifenilacético, um precursor à droga atenolol. Condensações com guaiacol em lugar do fenol fornece uma rota para vanilina, uma formilação em rede.[3][21][22]

Reação de Hopkins-Cole[editar | editar código-fonte]

Ácido glioxílico é um componente da reação de Hopkins-Cole, usada para verificar a presença de triptofano em proteínas.[23]

Segurança[editar | editar código-fonte]

O composto não é muito tóxico, com um DL50 para ratos de 2500 mg/kg.

Referências

  1. a b CD Römpp Chemie Lexikon – Version 1.0, Stuttgart/New York: Georg Thieme Verlag 1995.
  2. ácido glioxílico. In Infopédia . Porto: Porto Editora, 2003-2010. [Consultado. 2010-06-06].Disponível URL: http://www.infopedia.pt/$acido-glioxilico.
  3. a b c Georges Mattioda and Yani Christidis “Glyoxylic Acid” Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 2002, Wiley-VCH, Weinheim. doi:10.1002/14356007.a12_495
  4. 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 
  5. Tafel, Julius; Friedrichs, Gustav (1904). «Elektrolytische Reduction von Carbonsäuren und Carbonsäureestern in schwefelsaurer Lösung». Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft. 37 (3): 3187–3191. doi:10.1002/cber.190403703116. Consultado em 19 de dezembro de 2013. 
  6. Cohen, Julius (1920). Practical Organic Chemistry 2nd Ed. (PDF). London: Macmillan and Co. Limited. pp. 102–104 
  7. François Cardarelli (2008). Materials Handbook: A Concise Desktop Reference. [S.l.]: Springer. p. 574. ISBN 1-84628-668-9 
  8. Holms WH (1987). «Control of flux through the citric acid cycle and the glyoxylate bypass in Escherichia coli». Biochem Soc Symp. 54: 17–31. PMID 3332993 
  9. 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. PMID 9377475 
  10. Dubey, Mukesh K.; Broberg, Anders; Sooriyaarachchi, Sanjeewani; Ubhayasekera, Wimal; Jensen, Dan Funck; Karlsson, Magnus (setembro de 2013). «The glyoxylate cycle is involved in pleotropic phenotypes, antagonism and induction of plant defence responses in the fungal biocontrol agent Trichoderma atroviride». Fungal Genetics and Biology. 58–59: 33–41. ISSN 1087-1845. doi:10.1016/j.fgb.2013.06.008. Consultado em 9 de março de 2017. 
  11. Zhu, Li-Wen; Li, Xiao-Hong; Zhang, Lei; Li, Hong-Mei; Liu, Jian-Hua; Yuan, Zhan-Peng; Chen, Tao; Tang, Ya-Jie (novembro de 2013). «Activation of glyoxylate pathway without the activation of its related gene in succinate-producing engineered Escherichia coli». Metabolic Engineering. 20: 9–19. ISSN 1096-7176. doi:10.1016/j.ymben.2013.07.004. Consultado em 9 de março de 2017. 
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  23. R.A. Joshi (2006). Question Bank of Biochemistry. [S.l.]: New Age International. p. 64. ISBN 978-81-224-1736-4 

Ver também[editar | editar código-fonte]