חומצת קטו

בכימיה אורגנית, חומצות קטו או קטואצידים (הנקראות גם חומצות אוקסו או אוקסואצידים) הן תרכובות אורגניות המכילות קבוצת חומצות קרבוקסיליות ( -OOH ) וקבוצת קטון ( >C=O ). לעיתים, קבוצת הקטו עוברת הידרציה (חיבור עם מולקולת מים).^[1] חומצות קטו מסוג אלפא חשובות במיוחד בביולוגיה מכיוון שהן מעורבות במעגל חומצת הלימון על שם קרבס ובגליקוליזה שהם תהליכים מרכזיים בחילוף החומרים וייצור אנרגיה בתא. ^[2]

סוגים נפוצים של חומצות קטו כוללים:

חומצות קטו מסוג אלפא (חומצות אלפא-קטו או 2-אוקסואצידיות) - להן יש קבוצת קטו הצמודה לחומצה הקרבוקסילית. לעתים קרובות הם נוצרים על ידי דה-אמינציה חמצונית של חומצות אמינו, ובהיפוך התהליך, הם קודמנים שלהן. לחומצות אלפא-קטו יש תפקיד כימי במגוון תהליכי אצילציה. ^[3] יתר על כן, חומצות אלפא-קטו כגון חומצה פניל-פירובית משמשות כמקורות אנדוגניים לפחמן חד-חמצני ( כמולקולות איתות גזי ) ואף הוצעו כ'פיגומים' לקדם-תרופה. ^[4]^[5] נציגים חשובים:
- חומצה פירובית, תוצר ביניים נפוץ בחילוף החומרים.
- חומצה פוספו-אנול-פירובית (אנ'), תוצר ביניים נפוץ נוסף בחילוף החומרים, בעל קשר זרחני עתיר אנרגיה.
- חומצה אוקסלואצטית, מרכיב במעגל קרבס . ^[6]
- אלפא-קטוגלוטרט, חומצת קטו בעלת 5 פחמנים המופקת מחומצה גלוטמית . אלפא-קטוגלוטרט משתתפת באיתות תאי על ידי תפקודה כקו-אנזים . ^[7] היא משמשת בדרך כלל בתגובות טרנסאמינציה.
חומצות קטו מסוג בטא, חומצות בטא-קטו, או 3-אוקסואצידיות, כגון חומצה אצטואצטית - להן יש קבוצת קטו בפחמן השני מהחומצה הקרבוקסילית. במעבדה, הם נוצרים בדרך כלל על ידי קונדנסציית Claisen (אנ') . הנוכחות של קבוצת הקטו בעמדה בטא מאפשרת להם לעבור בקלות דקרבוקסילציה תרמית. ^[8]
חומצות קטו מסוג גמא, חומצות גמא-קטו, או 4-אוקסואצידיות - אצלן קבוצת הקטו נמצאת בפחמן השלישי מהחומצה הקרבוקסילית. דוגמא לחומצת גמא-קטו: חומצה לוולינית, הנוצרת מפירוק תאית.

חומצות קטו מופיעות במגוון רחב של מסלולים אנבוליים בחילוף החומרים. לדוגמה, בצמחי רוש, כדנית ופטרוזיליית השוטים (אנ'), חומצה 5-אוקסו-אוקטנואית מומרת בצעדים אנזימטיים ולא אנזימטיים למשפחה המעגלית של אלקלואידים רעילים בשם קונאין (אנ') . ^[9]

כאשר רמות הסוכרים בתזונה נמוכות (למשל במצב קטבולי), הופכים שומנים וחלבונים למקור ייצור האנרגיה העיקרי. חומצות אמינו גלוקוגניות (אנ') המתקבלות מחלבונים מומרות לחומצות אלפא-קטו על ידי דה-אמינציה (הרחקת אמין) ובהמשך מומרות לגלוקוז. כך למשל הופכת החומצה האמינית אלנין לחומצה פירובית, שהופכת בהמשך לחומצה אוקסלואצטית, ממנה לחומצה פוספואנול-פירובית וממנה לגלוקוז.

הערות שוליים עריכה

^ הידרציה של קטונים ואלדהידים - יצירת הידראט, נבדק ב-2024-04-13
^ Nelson, D. L.; Cox, M. M. "Lehninger, Principles of Biochemistry" 3rd Ed. Worth Publishing: New York, 2000. מסת"ב 1-57259-153-6.
^ Penteado, Filipe; Lopes, Eric F.; Alves, Diego; Perin, Gelson; Jacob, Raquel G.; Lenardão, Eder J. (16 באפריל 2019). "α-Keto Acids: Acylating Agents in Organic Synthesis". Chemical Reviews. 119 (12): 7113–7278. doi:10.1021/acs.chemrev.8b00782. PMID 30990680. {{cite journal}}: (עזרה)
^ Hopper, Christopher P.; De La Cruz, Ladie Kimberly; Lyles, Kristin V.; Wareham, Lauren K.; Gilbert, Jack A.; Eichenbaum, Zehava; Magierowski, Marcin; Poole, Robert K.; Wollborn, Jakob; Wang, Binghe (2020-12-23). "Role of Carbon Monoxide in Host–Gut Microbiome Communication". Chemical Reviews. 120 (24): 13273–13311. doi:10.1021/acs.chemrev.0c00586. ISSN 0009-2665. PMID 33089988.
^ Tingting Meng, Jing Han, Pengfei Zhang, Jing Hu, Junjie Fu, Jian Yin, Introduction of the α-ketoamide structure: en route to develop hydrogen peroxide responsive prodrugs, Chemical Science 10, 2019-08-14, עמ' 7156–7162 doi: 10.1039/c9sc00910h (באנגלית)
^ Kerber, Robert C.; Fernando, Marian S. (באוקטובר 2010). "α-Oxocarboxylic Acids". Journal of Chemical Education. 87 (10): 1079–1084. doi:10.1021/ed1003096. {{cite journal}}: (עזרה)
^ Hewitson, K.S.; McNeill, L.A.; Elkins, J.M.; Schofield, C.J. (1 ביוני 2003). "The role of iron and 2-oxoglutarate oxygenases in signalling". Biochemical Society Transactions. 31 (3): 510–515. doi:10.1042/bst0310510. PMID 12773146. {{cite journal}}: (עזרה)
^ Smith, Michael B. (2017), "Functional Group Exchange Reactions", Organic Synthesis (באנגלית), Elsevier: 137, doi:10.1016/b978-0-12-800720-4.00003-9, ISBN 978-0-12-800720-4, נבדק ב-2022-06-01
^ Leete, E.; Olson, J. O. (1970). "5-Oxo-octanoic acid and 5-oxo-octanal, precursors of coniine". Journal of the Chemical Society D: Chemical Communications (באנגלית) (23): 1651–1652. doi:10.1039/C29700001651. ISSN 0577-6171.

קישורים חיצוניים עריכה

מדיה וקבצים בנושא חומצת קטו בוויקישיתוף

Keto+Acids at the U.S. National Library of Medicine Medical Subject Headings (MeSH)

[1] הידרציה של קטונים ואלדהידים - יצירת הידראט, נבדק ב-2024-04-13

[2] Nelson, D. L.; Cox, M. M. "Lehninger, Principles of Biochemistry" 3rd Ed. Worth Publishing: New York, 2000. מסת"ב 1-57259-153-6.

[3] Penteado, Filipe; Lopes, Eric F.; Alves, Diego; Perin, Gelson; Jacob, Raquel G.; Lenardão, Eder J. (16 באפריל 2019). "α-Keto Acids: Acylating Agents in Organic Synthesis". Chemical Reviews. 119 (12): 7113–7278. doi:10.1021/acs.chemrev.8b00782. PMID 30990680. {{cite journal}}: (עזרה)

[4] Hopper, Christopher P.; De La Cruz, Ladie Kimberly; Lyles, Kristin V.; Wareham, Lauren K.; Gilbert, Jack A.; Eichenbaum, Zehava; Magierowski, Marcin; Poole, Robert K.; Wollborn, Jakob; Wang, Binghe (2020-12-23). "Role of Carbon Monoxide in Host–Gut Microbiome Communication". Chemical Reviews. 120 (24): 13273–13311. doi:10.1021/acs.chemrev.0c00586. ISSN 0009-2665. PMID 33089988.

[5] Tingting Meng, Jing Han, Pengfei Zhang, Jing Hu, Junjie Fu, Jian Yin, Introduction of the α-ketoamide structure: en route to develop hydrogen peroxide responsive prodrugs, Chemical Science 10, 2019-08-14, עמ' 7156–7162 doi: 10.1039/c9sc00910h (באנגלית)

[6] Kerber, Robert C.; Fernando, Marian S. (באוקטובר 2010). "α-Oxocarboxylic Acids". Journal of Chemical Education. 87 (10): 1079–1084. doi:10.1021/ed1003096. {{cite journal}}: (עזרה)

[7] Hewitson, K.S.; McNeill, L.A.; Elkins, J.M.; Schofield, C.J. (1 ביוני 2003). "The role of iron and 2-oxoglutarate oxygenases in signalling". Biochemical Society Transactions. 31 (3): 510–515. doi:10.1042/bst0310510. PMID 12773146. {{cite journal}}: (עזרה)

[8] Smith, Michael B. (2017), "Functional Group Exchange Reactions", Organic Synthesis (באנגלית), Elsevier: 137, doi:10.1016/b978-0-12-800720-4.00003-9, ISBN 978-0-12-800720-4, נבדק ב-2022-06-01

[9] Leete, E.; Olson, J. O. (1970). "5-Oxo-octanoic acid and 5-oxo-octanal, precursors of coniine". Journal of the Chemical Society D: Chemical Communications (באנגלית) (23): 1651–1652. doi:10.1039/C29700001651. ISSN 0577-6171.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]