Янтарная кислота: свойства, производство и применение

Введение

В качестве радикальной группы она называется сукцинильной группой. Как и большинство простых моно- и дикарбоновых кислот, она не опасна, но может вызывать раздражение кожи и глаз. Мировое производство оценивается в 16 000–30 000 тонн в год, с ежегодным темпом роста 10%. Генетически модифицированные Escherichia coli и Saccharomyces cerevisiae предлагаются для коммерческого производства путем ферментации глюкозы.

Химические реакции

Сукциновую кислоту можно дегидрировать до фумаровой кислоты или превратить в диэстеры, такие как диэтилсукцинат (CH2CO2CH2CH3)2. Этот диэтилэстер является субстратом в реакции Стоббе. Дегидратация янтарной кислоты приводит к образованию янтарного ангидрида. Сукцинат может быть использован для получения 1,4-бутандиола, малеинового ангидрида, сукцинимида, 2-пирролидинона и тетрагидрофурана.

Приложения

В 2004 году янтарная кислота была включена в список 12 ключевых химических веществ на основе биомассы, составленный Министерством энергетики США.

Прекурсор полимеров, смол и растворителей

Сукциновая кислота является предшественником некоторых полиэстеров и компонентом некоторых алкидных смол. Автомобильная и электронная промышленность широко используют BDO для производства разъемов, изоляторов, колпаков колес, ручек переключения передач и усиливающих балок. Сукциновая кислота также служит основой для определенных биоразлагаемых полимеров, представляющих интерес для применения в тканевой инженерии. Ацилирование сукциновой кислотой называется сукцинированием. Сверхсукцинирование происходит, когда к субстрату присоединяется более одного сукцината.

Пищевые продукты и пищевые добавки

Янтарная кислота, как пищевая добавка и диетическая добавка, общепризнанно считается безопасной Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США. Она в основном используется в пищевой и напитковой промышленности в качестве регулятора кислотности. Также она может применяться в качестве ароматизатора, придающего вкусу умами слегка кислый и терпкий оттенок, или в качестве противоиона.

Редуктивная ветвь цикла ТЦА

Сукцинат может образовываться также в результате обратной активности SDH. В анаэробных условиях некоторые бактерии, такие как A. succinogenes, A. succiniciproducens и M. succiniciproducens, запускают цикл трикарбоновых кислот (ТКК) в обратном направлении и преобразуют глюкозу в сукцинат через промежуточные соединения оксалоацетат, малат и фумарат. Этот путь используется в метаболической инженерии для чистого получения сукцината для использования человеком. Накопление фумарата может усиливать обратную активность SDH, тем самым повышая образование сукцината. В патологических и физиологических условиях малатоаспартатный челнок или пуриновый нуклеотидный челнок могут увеличивать концентрацию фумарата в митохондриях, который затем легко преобразуется в сукцинат.

Шант ГАМК

Сукцинат является точкой повторного входа гамма-аминомасляной кислоты (ГАМК) в цикл ТКА, замкнутый цикл, который синтезирует и рециркулирует ГАМК. Шант ГАМК служит альтернативным путем превращения альфа-кетоглутарата в сукцинат, минуя промежуточное соединение цикла ТКА – сукцинил-КоА, и вместо этого образуя промежуточное соединение ГАМК. Трансаминирование и последующее декарбоксилирование альфа-кетоглутарата приводят к образованию ГАМК. Затем ГАМК метаболизируется ГАМК-трансаминазой в сукциновый полуальдегид. Наконец, сукциновый полуальдегид окисляется сукциновым полуальдегиддегидрогеназой (SSADH) до сукцината, который вновь входит в цикл ТКА, замыкая цикл. Ферменты, необходимые для шунта ГАМК, экспрессируются в нейронах, глиальных клетках, макрофагах и клетках поджелудочной железы, в то время как концентрация в плазме составляет всего 2–20 мкМ.

Производство ROS

Активность сукцинатдегидрогеназы (SDH), которая взаимопревращает сукцинат в фумарат, участвует в продукции митохондриальных реактивных видов кислорода (ROS), направляя поток электронов в цепи транспорта электронов. Внемитохондриальный сукцинат изменяет эпигенетический ландшафт, ингибируя семейство 2-оксоглутарат-зависимых диоксигеназ. На втором этапе митохондриального экспорта сукцинат легко пересекает наружную митохондриальную мембрану через поры – неспецифические белковые каналы, облегчающие диффузию молекул менее 1,5 кДа. Далее он связывается с рецептором на клетках, экспрессирующих этот рецептор. Большинство исследований сообщают, что белок GPR91 состоит из 330 аминокислот, хотя в некоторых исследованиях обнаружен продукт гена GPR91, состоящий из 334 аминокислот. Arg99, His103, Arg252 и Arg281, расположенные вблизи центра белка GPR91, формируют положительно заряженный участок связывания сукцината. GPR91 локализуется на поверхностных мембранах клеток-мишеней, ориентируя участок связывания в внеклеточное пространство. В зависимости от типа клеток, экспрессирующих его, он взаимодействует с различными подтипами G-белков, включая Gs, Gi и Gq, что позволяет GPR91 регулировать множество сигнальных путей.