Ácido láctico

Na Galipedia, a Wikipedia en galego.
Estrutura química do ácido láctico.
Fórmula do ácido L-láctico e do L-lactato. O ácido D-láctico tería o -OH á dereita.

O ácido láctico tamén chamado ácido 2-hidroxi-propanoico ou ácido α-hidroxi-propanoico, é un ácido orgánico de grande importancia biolóxica, xa que se orixina na fermentación láctica. A pH celular está ionizado en forma de lactato.

Propiedades[editar | editar a fonte]

Quimicamente a molécula presenta un grupo carboxilo (ácido carboxílico) e un grupo hidroxilo (-OH) situado no carbono adxacente ao carboxilo (ácido α-hidroxílico), coa fórmula H3C-CH(OH)-COOH (ou C3H6O3). Cando está ionizado en forma de lactato, como sucede sempre nas nosas células, perdeu o hidróxeno do grupo caboxilo (o seu pKa é 3,5, cando o pH corporal é de 7,35).

No ácido láctico o carbono 2 é quiral, polo que existen dous enantiómeros (isómeros ópticos) deste ácido. Un é o ácido D-(-)-láctico ou ácido (R)-láctico; o outro é o ácido L-(+)-láctico ou ácido (S)-láctico, que é o que ten importancia biolóxica. A mestura racémica ten cantidades idénticas de ambos os isómeros.

O ácido láctico é miscible en auga e alcohol e higroscópico. A súa forma ionizada e os seus sales son os lactatos.

Historia[editar | editar a fonte]

O ácido láctico foi refinado por primeira vez polo químico sueco Carl Wilhelm Scheele en 1780 do leite ácido. En 1808 Jöns Jacob Berzelius descubriu que o ácido láctico (concretamente o L-lactato) tamén se producía no músculo durante o esforzo físico. A súa estrutura estableceuna Johannes Wislicenus en 1873.

En 1856, Louis Pasteur descubriu o Lactobacillus e o seu papel na produción de ácido láctico. Empezou a producirse comercialmente en 1895 en Alemania pola compañía Boehringer Ingelheim. En 2006 a produción global foi de 275.000 toneladas cun crecemento anual do 10%.[1]

A fermentación homoláctica[editar | editar a fonte]

O ácido L-láctico prodúcese nas células a partir do ácido pirúvico pola acción do encima lactato deshidroxenase (LDH) durante a fermentación homoláctica, que ten lugar en certas especies de bacterias e en determinadas circunstancias nos nosos músculos, a cal funciona en condicións anaeróbicas (sen osíxeno). Nas células humanas sempre está en forma de lactato. O lactato prodúcese constantemente en certa cantidade no metabolismo, sobre todo, durante o exercicio, pero a súa concentración non aumenta ata que o índice de produción non supere o índice de eliminación de lactato. O índice de eliminación depende de varios factores, como por exemplo: transportadores monocarboxilatos, concentración de LDH e capacidade oxidativa nos tecidos. A concentración de lactatos en sangue usualmente é en repouso de 1 ou 2 mmol/l, mais pode aumentar ata 20 mmol/l durante un esforzo intenso.

O aumento da concentración de lactatos ocorre xeralmente cando a demanda de enerxía nos tecidos (principalmente musculares) sobrepasa a dispoñibilidade de osíxeno en sangue. Nesas condicións o músculo recibe pouco osíxeno e ten que funcionar de modo anaerobio, xa que non é posible sen suficiente osíxeno que funcione a respiración celular mitocondrial. Nesas condicións a piruvato deshidroxenase non consegue converter o piruvato en acetil-CoA o suficientemente rápido e o piruvato comeza a acumularse. Isto xeralmente inhibiría a glicólise e reduciría a produción de Adenosín trifosfato (ATP), se non fose que outro encima citosólico, a lactato deshidroxenase (LDH) reduce o piruvato a lactato segundo a reacción:

piruvato + NADH + H+ lactato + NAD+

A función desta produción de lactato é oxidar o coencima NADH formado na glicólise para rexenerar o (NAD+, que pode intervir de novo na glicólise, evitando que esta pare, polo que así a formación de ATP na glicólise continúa. Este proceso de transformación da glicosa en lactato denomínase fermentación homoláctica.

O lactato producido sae da célula muscular e circula polo sangue ata chegar ao fígado, onde se volve a transformar en glicosa por gliconeoxénese. O ciclo que comprende a formación de lactato a partir de glicosa no músculo en condicións anaerobias e a súa reciclaxe a piruvato e glicosa no fígado denomínase ciclo de Cori. O corazón pode tamén reconverter lactato en piruvato.

Ademais de en tecidos animais (no tecido muscular esquelético e nos eritrocitos fundamentalmente) nalgúns microorganismos (certos fungos, protozoos e bacterias) tamén se dá a fermentación láctica. É especialmente importante a que fan as bacterias lácteas (como Lactobacillus), que fermentan os azucres do leite acidificándoo pola acumulación de ácido láctico e ; e de aí lle vén o nome a este ácido, ácido do leite ou láctico. Este é o proceso que se utiliza na elaboración de produtos lácteos como iogur ou queixo. Estas bacterias poden encontrarse tamén na boca, e colaboran con outras no progreso da carie, previamente iniciada por outras bacterias.

Outras bacterias realizan fermentacións máis complexas, onde se produce lactato xunto con outros ácidos, como a fermentación ácida-mixta.

O ácido láctico é un dos responsables do rigor mortis, ao intentaren as células sobrevivir durante un tempo en condicións anaerobias e acumular esta substancia.

Acidose e maniotas[editar | editar a fonte]

Durante o exercicio intenso, cando hai excesiva demanda de enerxía, prodúcese lactato a un ritmo maior ca o que poden os tecidos eliminalo e a concentración de lactato comeza a aumentar.

Antes pensábase, e moita xente aínda así o cre, que a acumulación de lactato nesas situacións era a causante directa da acidose e a responsable das maniotas, que aparecen despois do exercico intenso. Hoxe sabemos que non é así. En realidade, o lactato non pode liberar H+ porque éstá ionizado (non está en forma de ácido láctico que se poida desprotonar), polo que non provoca acidez [2] [3].

A acidose que aparece despois do exercicio ten que deberse a a outra reacción distinta. Unha hipótese é que cando se hidroliza o ATP libérase enerxía, pero tamén un H+. Este catión é o principal responsable da disminución do pH (acidificación). Debido á grande cantidade de ATP producido e hidrolizado en tan pouco tempo durante o exercico intenso, os sistemas tampón dos tecidos non poden amortecer o pH, polo que este baixa e prodúcese a acidose.

Non obstante, o efecto do lactato na acidose é moi discutido e hai diversas interpretacións. Nunha recente publicación Lindgeren et al.[3] sostén que as concentracións de H+ no músculo dependen principalmente da "diferenza iónica forte" (SID), da PCO2, e dos ácidos febles tampón presentes. Como o lactato é un anión forte, causa a redución do SID, o que causa un incremento da concentración de H+ para manter a electroneutralidade, e como durante o exercicio intenso aumenta a cantidade de lactato e o PCO2, aumenta tamén a cantidade de H+ e o pH baixa (acidose)[4] .

A acidose é un dos factores, entre tantos, que contribúe á dor muscular aguda (maniotas) experimentada despois do exercicio intenso.

Aínda que a formación de lactato ten lugar principalmente durante o exercicio intenso, tamén se forma constantemente en pequenas cantidades en repouso e no exercicio moderado. Isto sucede nos eritrocitos de mamífero, que non teñen mitocondrias para producir enerxía aerobicamente, pero tamén nas fibras musculares con alta capacidade glicolítica e limitacións na actividade dalgúns encimas.[5] .

O lactato e o metabolismo cerebral[editar | editar a fonte]

Aínda que se asume que a glicosa é a principal fonte de enerxía para os tecidos, e que certos tecidos, como o nervioso, dependen esencialmente dela para vivir, hai evidencias do uso do lactato como fonte de enerxía adicional ou mesmo principal nas neuronas do cerebro de varias especies de mamíferos, que inclúen os humanos, ratos e ratas[6][7]. Segundo a hipótese da lanzadeira do lactato, as células da glía transformann a glicosa en lactato, e fornecen de lactato ás neuronas[8][9]. Por culpa desta actividade metabólica das células gliais, o fluído extracelular que rodea as neuronas ten unha composición moi diferente da do sangue ou do líquido cefalorraquídeo, e é moito máis rico en lactato, como o demostran os estudos de microdiálise[6].

A función do lactato no metabolismo cerebral parece ser aínda máis importante nos estados iniciais de desenvolvemento (prenatais e os primeiro períodos postnatais), nos cales o lactato acada as maiores concentracións nos líquidos corporais, e é utilizado polo cerebro con maior preferencia ca a glicosa[6]. Hipotetízase que o lactato pode exercer unha forte acción sobre as redes neuronais GABAérxicas do cerebro en desenvolvemento, facéndoas máis inhibitorias do que se pensaba[10] [6] [11][12][13].

Algúns estudos indican que no cerebro do rato inmaduro o beta-hidroxibutirato, o lactato e o piruvato actúan como substratos enerxéticos oxidativos que causan un incremento na fase de oxidación do NAD(P)H, e que a glicosa é unha fonte insuficiente durante a actividade sináptica intensa, e que o lactato pode ser unha fonte enerxética eficiente para soster e acrecentar o metabolismo enerxético cerebral aeróbico in vitro.[14] [15].

Obtención[editar | editar a fonte]

Fermentación láctica[editar | editar a fonte]

A obtención de ácido láctico con encimas ou microorganismos vivos pode producir isómeros D ou L, dependendo do encima envolvido no proceso.

Síntese en laboratorio[editar | editar a fonte]

Pode obterse una mestura racémica a partir de etanol e cianuro de sodio:

2 CH3 - CHOH + 2 NaCN + 2 H2SO4 + 4 H2O 2 CH3-CH(OH)-COOH + Na2SO4 + (NH4)2SO4

O proceso remata cun ataque nucleofílico do cianuro ao grupo carbonilo do aldehido formando o nitrilo do ácido láctico en forma racémica. O nitrilo é saponificado en presenza de auga e un exceso de ácido sulfúrico para dar o ácido láctico libre.

Aplicacións e usos[editar | editar a fonte]

En medicina[editar | editar a fonte]

En medicina o lactato é un dos compoñentes da solución láctica de Ringer, que se inxecta introvenosamente a persoas que sufriron unha perda de sangue a causa dun trauma, cirurxía ou queimadura para recuperar o volume sanguíneo. Tamén é compoñente da solución de Hartman, similar á anterior.

Cosmética[editar | editar a fonte]

Utilízase como alternativa ao uso de glicerina como suavizante da pel. Utilízase como compoñente "anti-idade" para suavizar contornos; reducir o dano producido pola luz solar; para mellorar a textura e o ton da pel, e o aspecto en xeral. Porén, deben tomarse precaucións ao utilizar cosméticos con ácido láctico, porque aumentan a sensibilidade aos raios ultravioleta do sol.

Alimentos[editar | editar a fonte]

O ácido láctico utilízase en varios produtos alimenticios como regulador de acidez. A maior parte do ácido láctico empregado comercialmente deriva do uso de bacterias como o Bacillus acidilacti, Lactobacillus delbruckii ou Lactobacillus bulgaricus para fermentar fontes de carbohidratos como a fariña de millo e as patacas.

Son aditivos alimentarios antioxidantes o lactato sódico (E325), o lactato potásico (E326) e o lactato cálcico (E327).

Outras aplicacións[editar | editar a fonte]

  • Alimento para nenos.
  • Purgante, na forma de lactato de calcio ou lactato de magnesio.
  • Aditivo en alimentos ou fragancias, en forma de lactato de etilo.
  • Eliminador de sales de calcio.
  • Como mordente.
  • Curtido de peles.
  • Materia prima para a síntese orgánica.
  • Acción acaricida: Control da varroase, producida nas colmeas polo ácaro que ataca a abella melífera Apis mellifera.
  • Materia prima para fabricar biopolímeros.

Notas[editar | editar a fonte]

  1. NNFCC Renewable Chemicals Factsheet: Lactic Acid
  2. Robergs, RA; Ghiasvand, F; Parker, D (2004). "Biochemistry of exercise-induced metabolic acidosis". Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol 287 (3): R502–R516. DOI:10.1152/ajpregu.00114.2004. PMID 15308499. http://ajpregu.physiology.org/cgi/reprint/287/3/R502.pdf.
  3. 3,0 3,1 Lindinger, M. I. (2004). "Applying physicochemical principles to skeletal muscle acid-base status". Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol 289 (3): R890–94. DOI:10.1152/ajpregu.00225.2005.
  4. Robergs, RA; Ghiasvand, F; Parker, D (2004). "Biochemistry of exercise-induced metabolic acidosis". Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol 287 (3): R502-R516. DOI:10.1152/ajpregu.00114.2004. PMID 15308499.
  5. McArdle, Katch & Katch (2010). Exercise Physiology: Energy, Nutrition, and Human Performance. Wolters Kluwer/Lippincott Williams & Wilkins Health. ISBN 0683057316 9780683057317.
  6. 6,0 6,1 6,2 6,3 Zilberter Y, Zilberter T, Bregestovski P (September 2010). "Neuronal activity in vitro and the in vivo reality: the role of energy homeostasis". Trends Pharmacol. Sci. 31 (9): 394–401. DOI:10.1016/j.tips.2010.06.005. PMID 20633934.
  7. Wyss MT, Jolivet R, Buck A, Magistretti PJ, Weber B (May 2011). "In vivo evidence for lactate as a neuronal energy source". J. Neurosci. 31 (20): 7477–85. DOI:10.1523/JNEUROSCI.0415-11.2011. PMID 21593331.
  8. Gladden LB (July 2004). "Lactate metabolism: a new paradigm for the third millennium". J. Physiol. (Lond.) 558 (Pt 1): 5–30. DOI:10.1113/jphysiol.2003.058701. PMC 1664920. PMID 15131240. //www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?tool=pmcentrez&artid=1664920.
  9. Pellerin L, Bouzier-Sore AK, Aubert A, et al. (September 2007). "Activity-dependent regulation of energy metabolism by astrocytes: an update". Glia 55 (12): 1251–62. DOI:10.1002/glia.20528. PMID 17659524.
  10. Holmgren CD, Mukhtarov M, Malkov AE, Popova IY, Bregestovski P, Zilberter Y (February 2010). "Energy substrate availability as a determinant of neuronal resting potential, GABA signaling and spontaneous network activity in the neonatal cortex in vitro". J. Neurochem. 112 (4): 900–12. DOI:10.1111/j.1471-4159.2009.06506.x. PMID 19943846.
  11. Tyzio R, Allene C, Nardou R, et al. (January 2011). "Depolarizing actions of GABA in immature neurons depend neither on ketone bodies nor on pyruvate". J. Neurosci. 31 (1): 34–45. DOI:10.1523/JNEUROSCI.3314-10.2011. PMID 21209187.
  12. Ruusuvuori E, Kirilkin I, Pandya N, Kaila K (November 2010). "Spontaneous network events driven by depolarizing GABA action in neonatal hippocampal slices are not attributable to deficient mitochondrial energy metabolism". J. Neurosci. 30 (46): 15638–42. DOI:10.1523/JNEUROSCI.3355-10.2010. PMID 21084619.
  13. Khakhalin AS (May 2011). "Questioning the depolarizing effects of GABA during early brain development". J Neurophysiol. DOI:10.1152/jn.00293.2011. PMID 21593390.
  14. Unha publicación máis recente do grupo de Zilberter.
  15. Kasischke (2011)

Ligazóns externas[editar | editar a fonte]