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グリオキシル酸（またはオキソ酢酸）は有機化合物です。グリオキシル酸は、酢酸、グリコール酸、シュウ酸とともに、 C2カルボン酸の一つです。無色の固体で、天然に存在し、工業的にも有用です。
グリオキシル酸の構造は、アルデヒド官能基を持つものとして示されています。アルデヒドは、いくつかの状況で最も多く見られる形態の微量成分にすぎません。代わりに、グリオキシル酸はしばしば水和物または環状二量体として存在します。たとえば、水が存在すると、カルボニルは急速にジェミナルジオール（「一水和物」と表現される）に変換されます。室温でのジヒドロキシ酢酸の生成の平衡定数（K ）は300です。 [ 5 ]ジヒドロキシ酢酸は、X線結晶構造解析 によって特徴付けられています。[ 6 ]
水溶液中では、この一水和物はヘミアシル二量体形態と平衡状態にある。[ 7 ]
単離されたアルデヒド構造は、アルデヒドカルボニルがカルボキシル水素に近接した環状水素結合構造を主要な配座異性体として有する。[ 8 ]
グリオキシル酸のヘンリーの法則定数は K H = 1.09 × 10 4 × exp[(40.0 × 10 3 /R) × (1/T − 1/298)] である。[ 9 ]
グリオキシル酸の共役塩基はグリオキシル酸塩として知られており 、中性pHの溶液中ではグリオキシル酸はこの形態で存在する。グリオキシル酸塩は、いくつかのアミド化ペプチドの生合成におけるアミド化プロセスの副産物である。
歴史的記録として、グリオキシル酸はシュウ酸から電気合成的に製造された。[ 10 ] [ 11 ]有機合成では、硫酸電解液中でシュウ酸からグリオキシル酸を製造するために鉛陰極が使用された。 [ 12 ]
高温の硝酸はジアルデヒドであるグリオキサールをグリオキシル酸に酸化することができるが、この反応は非常に発熱性が高く、熱暴走を起こしやすい。さらに、ジカルボン酸であるシュウ酸が主な副生成物となる。
グリオキシル酸はグリオキシル酸回路の中間体であり、細菌[ 13 ] 、真菌、植物[ 14 ]などの生物が脂肪酸を炭水化物に変換することを可能にする。グリオキシル酸回路は、真菌に対する植物の防御機構の誘導にも重要である[ 15 ] 。グリオキシル酸回路は、イソクエン酸をグリオキシル酸とコハク酸に変換するイソクエン酸リアーゼの活性によって開始される。コハク酸の生合成など、さまざまな用途にこの経路を転用するための研究が行われている[ 16 ] 。
グリオキシル酸は、ペルオキシソームでのグリコール酸の酸化、またはミトコンドリアでのヒドロキシプロリンの異化という2つの経路で生成されます。[ 17 ]ペルオキシソームでは、グリオキシル酸はAGT1によってグリシンに、またはグリコール酸オキシダーゼによってシュウ酸に変換されます。ミトコンドリアでは、グリオキシル酸はAGT2によってグリシンに、またはグリオキシル酸還元酵素によってグリコール酸に変換されます。少量のグリオキシル酸は、細胞質乳酸脱水素酵素によってシュウ酸に変換されます。[ 18 ]
グリオキシル酸は、グリオキシル酸回路の中間体であるだけでなく、光呼吸経路の重要な中間体でもある。光呼吸は、RuBisCOがCO2ではなくO2と副反応を起こした結果として起こる。当初はエネルギーと資源の無駄遣いと考えられていたが、光呼吸は炭素とCO2を再生し、毒性のあるホスホグリコール酸を除去し、防御機構を開始する重要な方法であることが示されている。 [ 19 ] [ 20 ]光呼吸では、グリオキシル酸はペルオキシソーム内のグリコール酸オキシダーゼの活性によってグリコール酸から変換される。その後、SGATとGGATの並行作用によってグリシンに変換され、ミトコンドリアに輸送される。[ 21 ] [ 20 ]また、ピルビン酸デヒドロゲナーゼ複合体がグリコール酸とグリオキシル酸の代謝に関与している可能性も報告されている。[ 22 ]
グリオキシル酸は、 2型糖尿病の潜在的な早期マーカーであると考えられています。[ 23 ]糖尿病の病態の重要な条件の1つは、高血糖によって引き起こされる終末糖化産物（AGE）の生成です。[ 24 ] AGEは、組織損傷や心血管疾患など、糖尿病のさらなる合併症につながる可能性があります。[ 25 ]これらは一般的に、還元糖やα-オキソアルデヒドに存在する反応性アルデヒドから形成されます。ある研究では、後に2型糖尿病と診断された患者でグリオキシル酸レベルが有意に増加していることがわかりました。[ 23 ]グリオキシル酸レベルの上昇は、診断の最大3年前から見られることもあり、グリオキシル酸が早期予測マーカーとして潜在的な役割を果たすことを示しています。
グリオキシル酸は、腎結石（一般に腎臓結石として知られる）の主な原因である高シュウ酸尿症の発症に関与しています。グリオキシル酸は、シュウ酸輸送を担う遺伝子である硫酸アニオントランスポーター-1（sat-1）の基質および誘導因子であり、 sat-1 mRNAの発現を増加させ、その結果、細胞からのシュウ酸の排出を促進します。シュウ酸の排出が増加すると、尿中にシュウ酸カルシウムが蓄積し、最終的に腎臓結石が形成されます。[ 18 ]
グリオキシル酸代謝の障害は、高シュウ酸尿症発症の別のメカニズムを提供する。HOGA1遺伝子の機能喪失変異は、ヒドロキシプロリンからグリオキシル酸への経路の酵素である4-ヒドロキシ-2-オキソグルタル酸アルドラーゼの喪失につながる。この経路から生じるグリオキシル酸は、通常、細胞質内でシュウ酸への酸化を防ぐために貯蔵される。しかし、この経路が障害されると、 4-ヒドロキシ-2-オキソグルタル酸が蓄積し、これも細胞質に輸送されて別のアルドラーゼによってグリオキシル酸に変換される可能性がある。これらのグリオキシル酸分子はシュウ酸に酸化され、その濃度が上昇して高シュウ酸尿症を引き起こす可能性がある。[ 17 ]
グリオキシル酸は酢酸よりも約10倍強い酸であり、酸解離定数は4.7 × 10 −4 (p Ka = 3.32) である。
加熱されたグリオキシル酸はカンニッツァーロ反応で不均化反応を起こし、ヒドロキシ酢酸とシュウ酸を生成する。[ 7 ]
グリオキシル酸は尿素および1,2-ジアミノベンゼンとの縮合により複素環を生成する。[ 7 ]
グルオキシル酸エステルは塩基中で重合し、側鎖にエステル基を持つポリメチレンオキシ骨格を形成する。[ 7 ]
一般的に、グリオキシル酸はフェノール類との求電子芳香族置換反応を起こし、これは他のいくつかの化合物の合成において汎用性の高い段階である。
フェノール自体との直接的な反応生成物は4-ヒドロキシマンデル酸である。この物質はアンモニアと反応してヒドロキシフェニルグリシンを生成する。これはアモキシシリンという薬剤の前駆体である。4-ヒドロキシマンデル酸を還元すると、アテノロールという薬剤の前駆体である4-ヒドロキシフェニル酢酸が得られる。
グリオキシル酸がフェノール成分であるグアヤコールと反応し、続いて酸化と脱炭酸が起こる一連の反応は、正味のホルミル化プロセスとしてバニリンへの経路を提供する。[ 7 ] [ 26 ] [ 27 ]
グリオキシル酸は、タンパク質中のトリプトファンの存在を確認するために使用されるホプキンス・コール反応の成分である。[ 28 ]
グリオキシル酸は、「ブラジリアン」ヘアストレートニングトリートメントに使用される化粧品クリームの成分に含まれています。グリオキシル酸は、ホルムアルデヒドによる皮膚刺激を避けるために化粧品でホルムアルデヒドの代替として使用されていますが、高温では依然としてホルムアルデヒドを発生する可能性があります。 [ 29 ]これらの製品が広く使用されるようになってから、数人が腎臓でのシュウ酸カルシウムの結晶化によって誘発される急性腎疾患を発症しました。[ 30 ]マウスでの毒性試験では、局所塗布後のグリオキシル酸の経皮吸収により、グリコール酸よりもはるかに高いレベルで尿中にシュウ酸が排泄されることがさらに実証されています。[ 31 ]
グリオキシル酸は、二次有機エアロゾル中に豊富に存在するケトンおよびアルデヒド含有カルボン酸の1つです。水と日光が存在すると、グリオキシル酸は光化学的酸化を受ける可能性があります。いくつかの異なる反応経路が起こり、さまざまな他のカルボン酸およびアルデヒド生成物につながります。[ 32 ]
長い間、この化合物は動物モデルでは毒性が高いとは考えられていませんでした（ラットのLD 50は2500 mg/kg ）。しかし、縮毛矯正製品への曝露後に急性腎障害が観察された最近の報告は、この化合物が毒性があることを示しています。[ 30 ]経皮吸収後、ヘア強化クリームに含まれるグリオキシル酸はシュウ酸カルシウム腎症を引き起こします。グリコール酸とは対照的に、グリオキシル酸は尿中シュウ酸排泄を劇的に増加させることができます。[ 31 ]
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