O ácido butírico (do grego βούτῡρον, 'manteiga'), tamén coñecido polo seu nome sistemático ácido butanoico, é un ácido carboxílico coa fórmula estrutural CH3CH2CH2COOH, ás veces considerado como ácido graxo de cadea curta. É un líquido aceitoso incloro soluble en auga, etanol e éter. O ácido isobutírico (ácido 2-metilpropanoico) é un isómero seu. Os sales e ésteres do ácido butírico denomínanse butiratos ou butanoatos. Este ácido non está moi espallado na natureza, pero os seus ésteres son comúns. Este ácido abunda na manteiga. É un produto industrial común. Riemenschneider, Wilhelm (2002). "Carboxylic Acids, Aliphatic". Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Weinheim: Wiley-VCH. doi:10.1002/14356007.a05_235.

Distribución natural Os triglicéridos con ácido butírico compoñen o 3–4% da manteiga. Cando a manteiga se pon rancia, libérase o ácido butírico. É un ácido graxo de cadea curta. O ácido butírico é un ácido medianamente forte que reacciona con bases e afecta moitos metais.ICSC 1334 – BUTYRIC ACID. Inchem.org (23 November 1998). Retrieved on 2014-03-31. O ácido butírico atópase na graxa animal e aceites vexetais, leite de vaca e humano, manteiga, quiexo parmesano e, como produto da fermentación anaerobia no corpo (no colon, como olor corporal e nos vómitos). O ácido butírico ten un sabor parecido ao da manteiga e un cheiro desagradable. Os mamíferos con boas capacidades olfactivas, como os cans, poden detectalo en concentracións de 10 partes por mil millóns, mentres que os humanos poden detectalo só en concentracións por encima de 10 partes por millón (mil veces maior). Na industria alimentaria utilízase como aromatizante.

Nos humanos o ácido butírico é un dos agonistas endóxenos primarios do receptor do ácido hidrocarboxilico 2 (HCA2), un receptor acoplado á proteína G .

O ácido butírico ou a fermentación do ácido butírico está tamén presente como éster octil butirato na charouvía (Pastinaca sativa) e nas sementes do xinkgo.

Preparación e illamento

O ácido butírico prepárase industrialmente por oxidación do butiraldehido.

Pode separarse de solucións acuosas por saturación con sales como o cloruro de calcio. Este sal de calcio, Ca(C4H7O2)2·H2O, é menos soluble en auga quente que en fría.

Historia

O ácido butírico atopouno por primeira vez en forma impura en 1814 o químico francés Michel Eugène Chevreul. En 1818, purificouno o suficiente como para poder caracterizalo. Porén, Chevreul non publicou as súas primeiras investigacións sobe este ácido, senón que depositou os seus descubrimentos en forma de manuscritos na secretaría da Academia das Ciencias de París, Francia. Por outra parte, Henri Braconnot, outro químico francés, estaba tamén investigando a composición da manteiga e publicou os seus descubrimentos, o que causou unha disputa pola prioridade. Xa en 1815, Chevreul afirmaba que atopara a substancia responsable do cheiro da manteiga.Chevreul (1815) "Lettre de M. Chevreul à MM. les rédacteurs des Annales de chimie" (Carta do Sr. Chevreul aos editores de Anais de Química), Annales de chimie, 94 : 73–79; nunha nota a rodapé que abrangue as páxinas 75 e 76, menciona que atopara unha substancia que era responsable do cheiro da manteiga. En 1817, publicara algúns dos seus descubrimentos sobre as propiedades do ácido butírico e deulle o seu nome.Chevreul (1817) "Extrait d'une lettre de M. Chevreul à MM. les Rédacteurs du Journal de Pharmacie" (Extracto dunha carta aos editores do Xornal de Farmacia), Journal de Pharmacie et des sciences accessoires, 3 : 79–81. On p. 81, nomeou o ácido butirico: "Ce principe, que j'ai appelé depuis acid butérique, … " (Este principio [é dicir, constituínte], que desde entón denominei "ácido butírico", … ) Porén, ata 1823 non presentou as propiedades do ácido butírico en detalle.E. Chevreul, Recherches chimiques sur les corps gras d'origine animale [Investigacións químicas sobre substancias graxas de orixe animal] (París, Francia: F.G. Levrault, 1823), pages 115–133.

Usos

O ácido butírico úsase na preparación de varios ésteres butirato. Utilízase para producir butirato acetato de celulosa, que se utiliza nunha ampla variedade de ferramentas, partes e recubrimentos e é máis resistante á degradación que o acetato de celulosa. Porén, o buturato acetato de celulosa pode degradarse por exposición á calor ou humidade, liberando o ácido butírico.

Os ésteres de baixo peso molecular do ácido butírico, como o metil butirato, teñen aromas ou sabores na súa maioría pracenteiros. Como consecuencia, utilízanse como aditivos de perfumes e alimentos. É un aromatizante alimentario aprobado na Unión Europea na base de datos FLAVIS (número 08.005).

Debido ao seu potente cheiro, foi utilizado como un aditivo en cebos para a pesca.Freezer Baits , nutrabaits.net Moitos dos aromas dispoñibles comercialmente utilizados en cebos para as carpas (Cyprinus carpio) usan o ácido butírico como éster base; porén, non está claro se o peixe é atraído polo propio ácido butírico ou polas substancias engadidas con el. O ácido butírico é un dos poucos ácidos orgánicos que é degustable para as tencas e outros ciprínidos. Esta substancia tamén a usou como bomba fétida a Sea Shepherd Conservation Society para molestar as tripulacións dos barcos baleeiros xaponeses.Japanese Whalers Injured by Acid-Firing Activists , newser.com, 10 February 2010

Bioquímica miniatura|esquerda|Unha vía para a biosíntese do butirato. Os encimas relevantes: acetoacetil-CoA tiolase, 3-hidroxibutiril-CoA deshidroxenase dependente de NAD+ e de NADP+, 3-hidroxibutiril-CoA deshidratase, e butiril-CoA deshidroxenase dependente de NAD+.

Biosíntese microbiana

O butirato é producido en varios procesos de fermentación natural realizada por bacterias anaerobias obrigadas. Esta vía de fermentación, chamada fermentación butírica, foi descuberta por Louis Pasteur en 1861. Exemplos de especies de bacterias produtoras de butirato son:

Clostridium butyricum Clostridium kluyveri Clostridium pasteurianum Faecalibacterium prausnitzii Fusobacterium nucleatum Butyrivibrio fibrisolvens Eubacterium limosum

A vía empeza coa rotura glicolítica da glicosa en dúas moléculas de piruvato, que é unha ruta habitual na maioría dos organismos. O piruvato oxídase a acetil coencima A en reacción catalizada pola piruvato:ferredoxina oxidorredutase. Fórmanse dúas moléculas de dióxido de carbono (CO2) e dúas de hidróxeno (H2) como produtos residuais. Seguidamente, prodúcese o ATP no último paso da fermentación. Prodúcense tres moléculas de ATP por cada molécula de glicosa, o cal é un rendemento relativamene alto. A ecuación axustada desta fermentación é: C6H12O6 → C4H8O2 + 2 CO2 + 2 H2 Outras vías de produción de butirato son a redución do succinato e a desproporcionación do crotonato.

AcciónEncima responsable O acetil coencima A convértese en acetoacetil coencima A acetil-CoA-acetil transferase O acetoacetil coencima A convértese en β-hidroxibutiril-CoA β-hidroxibutiril-CoA deshidroxenase O β-hidroxibutiril-CoA convértese en crotonil-CoA crotonase O crotonil-CoA convértese en butiril-CoA (CH3CH2CH2C=O-CoA) butiril-CoA deshidroxenase Un grupo fosfato substitúe o CoA para formar butiril fosfato fosfobutirilase O grupo fosfato únese ao ADP para formar o ATP e o butirato butirato quinase

Varias especies de bacterias forman acetona e n-butanol por unha vía alternativa, que empeza coa fermentación butírica. Algunhas destas especies son: Clostridium acetobutylicum, é o máis importante produtor de acetona e propanol, usado tamén na industria Clostridium beijerinckii Clostridium tetanomorphum Clostridium aurantibutyricum

Estas bacterias empezan coa fermetación butírica, como se describiu antes, pero, cando o pH baixa de 5, cambian á produción de butanol e acetona para impedir que baixe máis o pH. Fórmanse dúas moléculas de butanol por cada molécula de acetona.

O cambio na vía ocorre despois da formación do acetoacetil-CoA. Este intermediario pode tomar despois dúas posibles rutas: acetoacetil-CoA → acetoacetato → acetona acetoacetil-CoA → butiril-CoA → butiraldehido → butanol

Fontes de fibras fermentables

Residuos de fibras doadamente fermentables, como as de amidón resistente, fibra de avea, pectina e guar son transformadas polas bacterias do colon en ácidos graxos de cadea curta, entre eles o butirato, producindo máis destes ácidos graxos curtos que outras fibras menos fermentables, como as celulosas. Un estudo atopou que o amidón resistente produce máis butirato que outros tipos de fibra alimentaria. A produción de ácidos graxos de cadea curta a partir de fibras en animais ruminantes, como as vacas, é a causa de que o leite e a manteiga deses animais conteñan butirato.

Os frutanos son outra fonte de fibras dietarias solubles prebióticas, que poden ser dixeridas para producir butirato. Atópanse a miúdo en fibras solubles de alimentos, que teñen alto contido en xofre, como en Allium e nas plantas crucíferas. As fontes de frutanos son principalmente o trigo (aínda que algúns tipos de trigo, como a espelta conteñen menores cantidades), centeo, cebada, cebola, allo, alcachofas, espárragos, remolacha, chicoria, follas de mexacán, allo porro, a parte branca das ceboletas, brócoli, col de Bruxelas, verza, fiúncho e prebióticos, como os frutooligosacáridos (FOS), oligofrutosa e inulina.

Farmacoloxía + Encima humano e unión ao GPCR Encima inhibido IC50 (nM) Nota da entrada HDAC1 16.000 HDAC2 12.000 HDAC3 9.000 HDAC4 2.000.000 Unión máis baixa HDAC5 2.000.000 Unión máis baixa HDAC6 2.000.000 Unión máis baixa HDAC7 2.000.000 Unión máis baixa HDAC8 15.000 HDAC9 2.000.000 Unión máis baixa CA1 511.000 CA2 1.032.000 Diana do GPCR pEC50 Nota de entrada FFAR2 2,9–4,6 Agonista completo FFAR3 3,8–4,9 Agonista completo HCA2 2,8 Agonista

Farmacodinámica

O ácido butírico é un dos dous principais agonistas endóxenos do receptor do ácido hidroxicarboxílico 2 humano (HCA2, tamén coñecido como GPR109A), un receptor acoplado á proteína G acoplado a Gi/o (GPCR),

Igual que outros ácidos graxos de cadea curta, o butirato é un agonista nos receptores de ácidos graxos libres FFAR2 e FFAR3, os cales funcionan como sensores de nutrientes que facilitan o control homeostático do balance enerxético; porén, entre os ácidos graxos de cadea curta só o butirato é un agonista do HCA2. O ácido butírico metabolízase nas mitocondrias, especialmente en colonocitos e polo fígado, para xerar adenosín trifosfato (ATP) durante o metabolismo dos ácidos graxos. O ácido butírico é tamén un inhibidor de HDAC (concretamente de HDAC1, HDAC2, HDAC3 e HDAC8), un fármaco que inhibe a función dos encimas histona desacetilases, polo que favorece un estado acetilado das histonas nas células. A acetilación de histonas afrouxa a estrutura da cromatina ao reducir a atracción electrostática entre as histonas e o ADN. En xeral, pénsase que os factores de transcrición non poden acceder a rexións nas que as histonas están apertadaente asociadas ao ADN (é dicir, non acetiladas, por exemplo, a heterocromatina). Por tanto, pénsase que o ácido butírico potencia a actividade de transcricional nos promotores, que son normalmente silenciados ou regulados á baixa debido á actividade das histona descaetilases.

Farmacocinética