Ацетоуксусная кислота и кетоновые тела¶

Ацетоуксусная кислота — органическое соединение класса β-кетокислот с эмпирической формулой C₄H₆O₃ (CH₃—CO—CH₂—COOH). Наряду с ацетоном и β-оксимасляной кислотой она относится к кетоновым телам — группе продуктов неполного окисления жирных кислот, образующихся преимущественно в печени. Ацетоуксусная кислота играет центральную роль в энергетическом обмене при дефиците глюкозы и является диагностически значимым маркером нарушений углеводного и липидного метаболизма.

¶Химические свойства

Ацетоуксусная кислота — неустойчивое соединение. Из-за наличия кетонной и карбоксильной групп, разделённых метиленовым звеном, она легко декарбоксилируется с образованием ацетона (CH₃—CO—CH₃) и углекислого газа. Именно эта реакция обусловливает появление ацетона в выдыхаемом воздухе и моче при кетозе.

Соединение существует в двух формах — кетоновой и енольной (таутомерия), причём енольная форма стабилизирована сопряжением. Ацетоуксусная кислота — слабая кислота, хорошо растворима в воде и полярных растворителях. В лаборатории её получают гидролизом этилового эфира ацетоуксусной кислоты (ацетоуксусного эфира), который благодаря кето-енольной таутомерии широко применяется в органическом синтезе (ацетоуксусный синтез).

¶Кетоновые тела

К кетоновым телам относят три соединения:

Строго говоря, кетоновыми телами их называют условно: β-оксимасляная кислота не содержит кетогруппы, а является гидроксикислотой.

¶Биосинтез и метаболизм

Образование кетоновых тел (кетогенез) происходит в митохондриях гепатоцитов. При недостатке глюкозы или нарушении её утилизации (сахарный диабет, голодание, длительные физические нагрузки) усиливается липолиз, и в печень поступает избыток свободных жирных кислот. Их β-окисление даёт ацетил-КоА, который при перегрузке цикла Кребса направляется на синтез кетоновых тел.

Ключевые этапы: две молекулы ацетил-КоА конденсируются в ацетоацетил-КоА, который присоединяет третью молекулу с образованием β-гидрокси-β-метилглутарил-КоА (ГМГ-КоА); затем ГМГ-КоА-лиаза отщепляет ацетил-КоА, высвобождая ацетоуксусную кислоту. Последняя может восстанавливаться в β-оксимасляную кислоту или декарбоксилироваться в ацетон.

Печень не способна использовать кетоновые тела — в ней отсутствует фермент сукцинил-КоА-ацетоацетат-трансфераза. Поэтому они поступают в кровь и утилизируются тканями (мозг, мышцы, миокард, почки) как альтернативное «топливо», особенно при длительном голодании.

¶Клиническое значение

Повышение концентрации кетоновых тел в крови называется кетонемией, в моче — кетонурией, общее состояние — кетозом. Крайняя степень — кетоацидоз, опасное осложнение сахарного диабета 1-го типа, при котором накопление кислых продуктов сдвигает pH крови в кислую сторону и может привести к коме.

Диагностика основана на качественных пробах (реакция с нитропруссидом натрия — проба Легаля, ацетоновый тест в моче) и количественном определении β-оксимасляной кислоты в крови. Наличие ацетона в выдыхаемом воздухе придаёт ему характерный запах.

Физиологический кетоз возникает при голодании, низкоуглеводных диетах, интенсивных нагрузках и у детей при лихорадке; он обычно компенсируется и не требует лечения. Патологический кетоацидоз требует коррекции инсулином, инфузионной терапией и восполнением электролитов.

¶Применение

Помимо биологической роли, ацетоуксусная кислота и её эфиры используются в органическом синтезе для получения кетонов, кислот и гетероциклов. Ацетон — продукт её распада — служит распространённым растворителем. В аналитической химии производные ацетоуксусной кислоты применяются как реагенты.