KWAS METYLOMALONOWY: BUDOWA, WŁAŚCIWOŚCI, SYNTEZA, ZASTOSOWANIA - CHEMIA - 2025

Kwasu metylomalonowego jest związkiem organicznym, którego wzór chemiczny C ₄ H ₆ O ₄ lub HOOC-CH (CH ₃ ) -COOH. Jest to kwas dikarboksylowy znany również jako kwas 2-metylopropanodiowy. Występuje w organizmie człowieka, ponieważ jest pochodną metabolizmu.

Kwas metylomalonowy jest półproduktem w metabolizmie tłuszczów i białek. Jego przemiana w organizmie w inny związek zależy od obecności enzymu pochodzącego z kobalaminy lub witaminy B12.

Wizualizacja ludzkiej komórki pod mikroskopem fluorescencyjnym. W jego cytoplazmie powstaje kwas metylomalonowy. Niebieskawo-zielony: rdzeń. Czerwony: membrana. Marc Vidal. Źródło: Wikimedia Commons.

Gdy jej stężenie w surowicy krwi osiągnie wysokie wartości, podejrzewa się problemy takie jak niedobór witaminy B12 lub genetyczny niedobór niektórych enzymów. Z tego powodu jego najistotniejszym zastosowaniem jest oznaczanie niedoboru witaminy B12.

Wysoki poziom kwasu metylomalonowego może powodować problemy z układem nerwowym i nerkami. Jeśli poziomy są zbyt wysokie, pojawia się zaburzenie metaboliczne zwane kwasicą, na które nie znaleziono leku leczącego, ponieważ był on kontrolowany tylko do pewnego stopnia.

Jednak naukowcy medyczni badają nowe sposoby leczenia kwasicy wywołanej kwasem metylomalonowym.

Struktura

Kwasu metylomalonowego jest utworzony z głównego łańcucha 3 atomów węgla, z których jeden w środku ma przyłączone grupy metylowej -CH ₃ i węgle końcowe należą do grupy -COOH. Dlatego jest to kwas dikarboksylowy.

Struktura cząsteczki kwasu malonowego lub kwasu 2-metylopropanodiowego. Fvasconcellos 18:59, 26 maja 2007 (UTC). Źródło: Wikimedia Commons.

Nomenklatura

- Kwas metylomalonowy

- kwas 2-metylopropanodiowy

- kwas 1,1-etanodikarboksylowy

- MMA (kwas metylomalonowy)

Nieruchomości

Stan fizyczny

Solidny.

Waga molekularna

118,09 g / mol

Temperatura topnienia

135 ºC

Rozpuszczalność

W wodzie: 679,0 mg / ml

Stała dysocjacji

pK _a = 3,12 (przy 20 ° C)

Lokalizacja w przyrodzie

Jest to ludzki metabolit. Oznacza to, że powstaje podczas pewnych procesów metabolicznych, zwłaszcza z tłuszczów i białek. Po raz pierwszy została wyizolowana z ludzkiego moczu w 1957 roku. Znajduje się głównie w cytoplazmie komórkowej nerek i wątroby.

Jej stężenie powyżej normy wiąże się z wieloma chorobami, takimi jak niedobór witaminy B12 czy złe wchłanianie kobalaminy, niedobór niektórych enzymów, m.in. mutazy, fumarazy, które mogą być spowodowane wadami genetycznymi.

Wczesne wykrycie ujemnego bilansu kobalaminy w organizmie polega na oznaczeniu wzrostu poziomu kwasu metylomalonowego w surowicy. Innymi słowy, przy niedoborze witaminy B12 wzrasta stężenie MMA w surowicy.

MMA zakłóca produkcję energii w mitochondriach poprzez hamowanie dehydrogenazy bursztynianowej, kompleksu białkowego transportującego elektrony.

Mitochondria, miejsce w komórce, w którym kwas malonowy może zakłócać normalne procesy metaboliczne. Louisa Howard. Źródło: Wikimedia Commons.

W konsekwencji wysokie MMA może mieć negatywny wpływ na zdrowie. Donoszono o jego negatywnym wpływie na układ nerwowy i nerki. Z drugiej strony bardzo duży nadmiar MMA powoduje kwasicę.

Trening w organizmie człowieka

MMA występuje w organizmie jako część koenzymu L-metylomalonylo-CoA. Kiedy dochodzi do nieprawidłowego działania enzymu mutazy L-metylomalonylo-CoA, powstaje MMA.

Enzym L-metylomalonylo-CoA-mutaza wymaga adenozylo-kobalaminy, koenzymu witaminy B-12, która katalizuje odwracalną izomeryzację L-metylomalonylo-CoA do sukcynylo-CoA. Dlatego, gdy brakuje adenozylo-kobalaminy, uzyskuje się nadmiar MMA.

Normalna ilość MMA w ludzkiej surowicy krwi

Według badań przeprowadzonych w USA rasa lub pochodzenie etniczne osoby wpływa na normalną zawartość MMA w surowicy krwi.

Laboratorium analizy krwi. Autor: Darko Stojanovic. Źródło: Pixabay.

Biali nielatynoscy mają znacznie wyższe stężenie MMA w surowicy niż Latynosi-Meksykanie i potomkowie nie-Latynosów, przy czym ci ostatni mają najniższe stężenie MMA w surowicy. Stwierdzono również, że wiek osoby wpływa na poziom MMA.

Stężenie MMA zaczyna wzrastać po 40 roku życia i nadal rośnie wraz z wiekiem. Po 70 roku życia gwałtownie rośnie.

To ostatnie można przypisać zaburzeniom czynności nerek. Jednak nie jest jasne, czy nadmiar MMA uszkadza nerki, czy też uszkodzenie nerek z innych powodów powoduje wzrost MMA.

Choroba związana z wysokim poziomem kwasu metylomalonowego

Obecność bardzo wysokich poziomów MMA powoduje zaburzenie metaboliczne zwane kwasicą lub kwasicą MMA.

Sprzyja temu częściowy lub całkowity niedobór enzymu mutazy metylomalonylo-CoA, który jest enzymem mitochondrialnym zależnym od witaminy B12, który interweniuje w końcowym etapie utleniania waliny, izoleucyny i kwasów tłuszczowych.

Nie ma zatwierdzonych metod leczenia tej choroby. Jego zarządzanie sprowadza się do zmniejszenia spożycia białka, suplementacji karnityny i kofaktorów oraz monitorowania medycznego.

Opracowano jednak możliwą terapię polegającą na dożylnym podaniu informacyjnego RNA zamkniętego w biodegradowalnych nanocząsteczkach lipidowych.

Autor: frolicsomepl. Źródło: Pixabay.

Wspomniany informacyjny RNA koduje tworzenie się enzymu mutazy metylomalonylo-CoA, co prowadzi do redukcji MMA w osoczu.

Synteza

Jedną z syntez kwasu metylomalonowego w laboratorium, która zwróciła uwagę, jest reakcja akrylanu potasu z tetrakarbonylohydrurożelazianem potasu przez 4 godziny w temperaturze 70 ° C w atmosferze tlenku węgla CO.

Reakcja jest katalityczna i wysoce powtarzalna, gdzie wyróżniają się łagodne warunki i wydajność powyżej 95%. Była to pierwsza hydrokarboksylacja kwasu akrylowego dająca MMA.

Stosowany jako biomarker niedoboru witaminy B12 lub kobalaminy

Wysokie poziomy MMA w surowicy krwi są związane z niedoborem witaminy B12. Szacuje się, że stężenie MMA w surowicy wzrasta, zanim spadek kobalaminy w surowicy zostanie wykryty lub spowoduje uszkodzenie organizmu.

W badaniach wegan i laktoowowegetarian, MMA w surowicy była używana do określenia niedoboru witaminy B12.

Badania krwi ludzkiej. Źródło: Pixabay.

Niektórzy badacze stwierdzili, że leczenie metforminą pacjentów z cukrzycą typu 2 wiąże się ze wzrostem stężenia MMA w surowicy. Efekt ten nasila się wraz z czasem leczenia metforminą i wiąże się ze spadkiem poziomu witaminy B12 u tych pacjentów.

Ponadto MMA został przetestowany w celu określenia niedoboru witaminy B12 u pacjentów z rakiem, a także u kobiet w ciąży.

Jednak inni badacze sugerują, że użyteczność stężenia MMA w surowicy w określaniu niedoboru witaminy B12 jest ograniczona u pacjentów z prawidłową czynnością nerek i bardzo młodych ludzi.

Bibliografia

1. Amerykańska Narodowa Biblioteka Medyczna. (2019). Kwas metylomalonowy. Odzyskany z: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
2. Ganji, V. i Kafai, MR (2018). Populacyjne wartości referencyjne dla stężeń kwasu metylomalonowego w surowicy i ich związku z wiekiem, płcią, rasą etniczną, stosowaniem suplementów, czynnością nerek i witaminą B12 w surowicy w wyniku wzmocnienia kwasu foliowego. Składniki odżywcze 2018, 10 (1): 74. Odzyskany z ncbi.nlm.nih.gov.
3. Gallego-Narbón, A. i in. (2018). Poziomy kwasu metylomalonowego i ich związek z suplementacją kobalaminy u hiszpańskich wegetarian. Plant Foods for Human Nutrition 2018, 73 (3): 166-171. Odzyskany z ncbi.nlm.nih.gov.
4. Out, M. i in. (2018). Długotrwałe leczenie metforminą w cukrzycy typu 2 i kwasem metylomalonowym: analiza post hoc randomizowanego, kontrolowanego badania 4,3-letniego. Journal of Diabetes and its Complications. Tom 32, wydanie 2, luty 2018, strony 171-178. Odzyskany z sciencedirect.com.
5. An, D. i in. (2017). Terapia systemowa Messenger RNA jako terapia kwasicy metylomalonowej. Cell Reports 2017, 21 (12), 3548-3558. Odzyskany z sciencedirect.com.
6. Vashi, P. i in. (2016). Kwas metylomalonowy i homocysteina jako wskaźniki niedoboru witaminy B12 w raku. PLoS ONE 2016 11 (1): e0147843. Odzyskany z ncbi.nlm.nih.gov.
7. Choi, R. i in. (2016). Prospective Study on Serum Methylmalonic and Homocysteine ​​u kobiet w ciąży. Składniki odżywcze 2016, 8 (12): 797. Odzyskany z ncbi.nlm.nih.gov.
8. Brunet, J.-J. i Passelaigue, E. (1990). W pełni regioselektywna katalityczna karbonylacja pochodnych akrylowych: synteza kwasu metylomalonowego przez hydrokarboksylację kwasu akrylowego katalizowaną pentakarbonylem żelaza. Organometallics 1990, 9, 1711-1713. Odzyskany z pubs.acs.org.