Liponzuur

Liponzuur
Structuurformule en molecuulmodel
Structturformule van liponzuur
Structturformule van liponzuur
Ruimtelijk model van de stof
Ruimtelijk model van de stof
Algemeen
Chemische formule
IUPAC-naam (R)-5-(1,2-Dithiolan-3-yl)pentaanzuur
Andere namen α-Liponzuur; Alpha liponzuur; Thioctinezuur; 6,8-Dithio-octaanzuur
Molaire massa 206,32 g/mol
SMILES
O=C(O)CCCC[C@H]1SSCC1
InChI
1/C8H14O2S2/c9-8(10)4-2-1-3-7-5-6-11-12-7/h7H,1-6H2,(H,9,10)/t7-/m1/s1
CAS-nummer 1077-28-7
EG-nummer 214-071-2
Wikidata Q312229
Beschrijving Gele, naaldachtige kristallen
Fysische eigenschappen
Smeltpunt 62 °C
Oplosbaarheid in water 0,24 g/L
Goed oplosbaar in Alcohol
Tenzij anders vermeld zijn standaardomstandigheden gebruikt (298,15 K of 25 °C, 1 bar).
Portaal  Portaalicoon   Scheikunde

Liponzuur (LA <Engels: lipoic acid), ook bekend onder de namen α-liponzuur, alpha-liponzuur en thioctinezuur, is een organozwavelverbinding die afgeleid gedacht kan worden van octaanzuur. LA wordt normaal gesproken in dieren aangemaakt en is een noodzakelijke component in de aerobe celademhaling. In een aantal landen wordt de stof als voedingssupplement of geneesmiddel gebruikt. Onder fysiologische omstandigheden is het zuur als liponaat, de geconjugeerde base van ervan, aanwezig. In de natuur wordt alleen het (R)-enantiomeer aangetroffen. LA is een essentiële cofactor bij veel biochemische processen.

Verwijzen naar de verschillende vormen

Het voorkomen van zowel het racemaat als de afzonderlijke enantiomeren leidt in de literatuur tot 3 verschillende verwijzingen:

VerwijzingR-LAS-LAR/S-LA
Naam (R)-liponzuur(S)-Liponzuur(R/S)-Liponzuur
Racemaat
Variaties D-Liponzuur
(+)-Liponzuur
Arliponzuur
L-Liponzuur
(−)-Liponzuur
CAS 1200-22-2 1077-27-6 1077-28-7
EG 638-752-2664-251-3214-071-2
PubChem 6112 445125 864
DrugBank DB00166

Fysische en chemische eigenschappen

In liponzuur komt een disulfide-brug voor tussen de koolstof-atomen 6 en 8, waardoor een 5-ring ontstaat. Een dergelijke ring wordt een 1,2-dithiolaan genoemd. Het kan beschouwd worden als de geoxideerde vorm van de open-keten verbinding 6,8-di(sulfhydryl)octaanzuur. Het is een gele, vaste stof.

Koolstof-atoom nummer 6 heeft vier verschillende substituenten en is dus een chiraal centrum. (R)-(+)-liponzuur of RLA is de natuurlijk voorkomende vorm, (S)-(-)-liponzuur of SLA is via chemische synthese te verkrijgen.

EigenschapR-LAR/S-LA
Smeltpunt (°C) 46-48 60-61
Kookpunt (°C) 160-165

Als vrij zuur is de stof slecht oplosbaar in water en polymeriseert makkelijk. Het natriumzout is wel goed wateroplosbaar en polymeriseert minder.

Van enantiomeren zijn de eigenschappen, behalve de optische rotatie, gelijk. DE eigenschappen van het racemaat kunnen echter belangrijk verschillen. In onderstaande tabel zijn een aantal ervan op een rijtje gezet. Omdat R-LA de natuurlijk voorkomende isomeer is, zijn de eigenschappen meestal aan dit enantiomeer gemeten.

Biologische functies

Liponzuur is een cofactor voor minstens vijf (groepen van) enzymen: pyruvaat dehydrogenase, α-ketoglutaraat dehydrogenase, het glycine-cleavage system, het branched-chain alpha-ketozuur dehydrogenase, en het α-oxo(keto)adipaat-dehydrogenase. De eerste twee enzymen spelen een sleutelrol in de citroenzuurcyclus. Het GCS regelt de concentratie glycine.

De gereduduceerde vorm (de disulfide-brug is gereduceerd tot twee thiol-groepen) speelt een rol in een aantal transcriptie-regulerende enzymen.

Biosynthese en vrij voorkomen

Het grootste deel van het in het lichaam gevormde RLA komt niet als vrij zuur voor. De uitgangsstof voor RLA, octaanzuur, is tijdens zijn biosynthese in het mitochondrion via de zuurgroep covalent in een amide-binding gekoppeld aan de eindstandige aminogroep van een lysine van het enzym. Het octaanzuur wordt dan als thio-ester door een transport-eiwit overgdragen aan lipoyl-synthetase dat vervolgens via een radicaal-SAM reactie de thiolgroepen introduceert. Het gevolg is dat een eiwit-gekoppeld liponaat en geen vrij zuur ontstaat. Het vrije zuur ontstaat als het eiwit wordt afgebroken of door actie van lipo-amidase. Vrij liponzuur kan vervolgens door een lipoaat-proteïne-ligase covalent aan een eiwit gekoppeld worden. Bij deze koppeling is ATP nodig.

Cellulair transport

Samen met natrium en de vitamines B5 (pantotheenzuur) en B7 (biotine) wordt liponzuur via de NMVT in cellen binnengebracht. De verschillende componenten voor dit transportsysteem zijn ten opzichte van elkaar competatief. Zo heeft een verhoging van de opname van liponzuur of pantoteenzuur tot gevolg dat de opname van biotine en/of de werking van biotine-afhankelijke enzymen afneemt.

Enzymatische activiteit

Liponzuur is in minstens 5 enzymsystemen noodzakelijk als cofactor. Twee daarvan komen voor in de citroenzuurcyclus, de voornaamste manier waarop veel organismen voedingsstoffen omzetten in bruikbare energie. In deze enzymen is liponzuur covalent gebonden. Het liponzuur is betrokken bij de verplaatsing van acylgroepen in 2-oxoacid dehydrogenases en methylamine in het glycine splitsingscomplex of glycine-dehydrogenase.

Liponzuur is voor mensen een cofactor in de volgende enzymen:

EC-nummer Enzym Gen Multi-enzym complex Rol van het complex
EC 2.3.1.12 dihydrolipoyl transacetylase (E2) DLAT pyruvate dehydrogenase complex (PDC) Verzorgt de koppeling tussen de glycolyse en de citroenzuurcyclus
EC 2.3.1.61 dihydrolipoyl succinyltransferase (E2) DLST oxoglutarate dehydrogenase complex (OGDC) Enzym uit de citroenzuurcyclus
2-oxoadipate dehydrogenase complex (OADHC) Het enzym speelt een rol in het metabolisme van lysine, tryptofaan en hydroxylysine
EC 2.3.1.168 dihydrolipoyl transacylase (E2) DBT branched-chain α-ketoacid dehydrogenase complex (BCKDC) Het enzym speelt een rol in het metabolisme van Leucine, isoleucine en valine
H-protein GCSH glycine cleavage system (GCS) Het enzym speelt een rol in het metabolisme van glycine, serine en foliumzuur

Van de bovenstaande enzymen is het pyruvaat-dehydrogenase-complex het best bestudeerd. Het enzymsysteem bestaat uit drie subeenheden: een decorboxylase, een transferase..

Liponzuur is een cofactor in het enzym acetoin dehydrogenase dat de splitsing katalyseert van 3-hydroxybutanon (acetoïne) naar aceetaldehyde en acetyl-CoA.

Biologische bronnen en metabolisme

Liponzuur is aanwezig in een groor aantal voedingsmiddelen, hoewel het dan steeds gebonden is aan lysine in eiwitten, met name in nier, hart, lever, spinazie, broccoli en gistextract. Het op veel plaatsen voorkomen betekent echter niet dat de biologische beschikbaarheid daarmee ook hoog is. Het gehalte liponzuur is altijd erg laag: voor de bepaling van de structuur van de verbinding was 30 mg zuivere stof nodig, deze werd verkregen uit 10 ton lever. Het gevolg van deze lage concentraties in natuurlijke bronnen is dat liponzuur in suplementen altijd afkomstig is van chemische synthese.

In humaan plasma is - voorafgaand aan toediening van supplementen - van liponzuur geen concentratie te meten. Na zure hydrolyse - waarbij het lysine-gebonden liponzuur vrijkomt - zijn hoeveelheden van 12,3 tot 43,1 ng/ml gemeten. Na enzymatische hydrolyse kan 1,4 tot 11,6 ng/ml of van minder dan 1 tot 38,2 mg/ml aangetoond worden. De hoeveelheid is afhankelijk van de gebruikte variant van subtilisine.

Proteasen in het spijsverteringsstelsel zijn wel in staat het lysine-residu samen met het eraan gekoppelde liponzuur uit de rest van het peptide los te maken, maar de lysine-liponzuur amidebinding blijft in tact. Zowel synthetisch lipoylamide als natuurlijk RLA-L-lysine worden snel gesplitst door in serum aanwezig lipoamidase waarbij naast liponzuur ook ammoniak of L-lysine vrijkomen. In zijn algemeenheid is er, met uitzondering van cysteïne, weinig bekend over de biologische afbraak of het gebruik van alifatische thiolen zoals liponzuur.

In zoogdieren wordt liponzuur op verschillende manieren gemetaboliseerd als het als supplement wordt toegediend. Degradatie naar tetranorliponzuur waarin de vier CH2-groepen tussen de ring en de carbonzuurgroep verwijderd worden, oxidatie van een of beide zwavel-atomen tot sulfoxide en methylering van zwavelatomen is mogelijk. Met name in muizen is de conjugatie van liponzuur aan glycine aangetoond. In mensen is de degradatie van liponzuur vergelijkbaar, hoewel niet duideijk is of de oxidatie van de zwavel-atomen echt veel voorkomt. Blijkbaar zijn zoogdieren niet in staat liponzuur als bron van zwavelhoudende verbindingen te gebruiken.

Ziekten

Gecombineerde malon- en methylmalonacidurie (CMAMMA)

De metabole ziekte gecombineerde malon- en methylmalonacidurie (CMAMMA) tengevolge van een tekort of gemis aan ACSF3, mitochondrial fatty acid synthesis (mtFAS), dat een van de reacties in de liponzuursynthese katalyseert. Dit resulteert in een verminderde liponatia van meerdere mitochondrale enzymen, zoals het pyruvaat-dehydrogenase complex (PDC) en het α-ketoglutaraat-dehydrogenase complex (α-KGDHC). Het gebruik van liponzuur als voedingssupplement herstelt de enzymatsche functies niet.

Chemische synthese

R-isomer S-isomer

Voor zover bekend komt in de natuur alleen RLA voor, zodat voorafgaand aan de chemische synthese in 1952 SLA gewoon niet bestond. Tijdens een achirale synthese ontstaan RLA en SLA in gelijke hoeveelheden. Het racemaat wordt in de jaren 50 en 60 van de 20e eeuw zowel in Europa als Japan als medicijn toegepast, ondanks het feit dat al vroeg bekend was dat de twee vormen niet bio-equivalent waren. De eerste synthesen voor RLA en SLA werden in het midden van de jaren 50 beschreven. Voortgang op het gebied van de chirale chemie opende de weg naar efficiëntere manieren om beide isomeren zuiver in handen te krijgen. Dit gebeurde zowel via klassieke resolutie als via verbeterde asymmetrische syntheses.

In de 21e eeuw zijn zowel R/S-LA (het racemaat) als de optisch zuivere enantiomeren RLA en SLA in industriële hoeveelheden beschikbaar gekomen. Momenteel komt het grootste deel van LA uit China. Kleinere productiefaciliteiten staan in Italië, Duitsland en Japan. De productie van R/S-LA verloopt via een proces dat eerst beschreven is in een promotie-onderzoek van Georg Lang dat later gepatenteerd is door Degussa.

LA lijkt op voedingsgebied een vitamine-achtige rol te spelen, en als zodanig worden zowel R/S-LA als RLA als supplement aangeboden. Zowel stereospecifieke als niet stereospecifieke reacties zijn in vivo bekend. Er zijn echter sterke aanwijzingen dat alleen RLA therapeutisch actief is.

Farmacologie

Farmacokinetiek

In een studie werd na orale toediening van Na-RLA (het natriumzout van RLA) een aanmerkelijk hogere plasma-concentratie gemeten van RLA dan na oraal gebruik van het vrije zuur. De plasmaconcentratie, en daarmee dus ook de biologische beschikbaarheid, was vergelijkbaar met die welke optreedt bij intraveneus toegediend RLA. De plasmaconcentraties waren vergelijkbaar met die welke in dierproeven waren vastgetseld.

RLA en SLA zijn niet bio-equivalent. Er is weinig onderzoek gedaan waarin de zuivere enenatiomeren van liponzuur vergeleken worden met het racemisch mengsel. Het is niet duidelijk of een dubbele dosis van het racemisch mengsel hetzelfde effect heeft als een enkele dosis van RLA.

In katten is de toxische dosis veel lager dan in mensen of honden. Bij katten treedt een hepathotoxische reactie op.

Farmacodynamica

De manier waarop extern toegediend liponzuur reageert in een organisme is nog controversieel. Het lijkt dat de voornaamste actie neerkomt op het activeren van de oxidatieve stress-respons. Het direct neutraliseren van vrije radicalen lijkt niet de voornaamste reactie. Dit effect is specifiek voor RLA. Hoewel het intracellulaire milieu sterk reducerend is, komt daarin liponzuur als liponzuur en als het gereduceerde dithiol voor. Door de lange incubatietijd in in vitro-situaties is LA daar in staat vrije stikstof-radicalen te neuttraliseren, maar er is weinig bewijs dat dit ook in cellen optreedt.

Het relatief goed afvangen van waterstofhypochloriet (een door neutrofielen geproduceerd bactericide) wordt toegeschreven aan de spanning in de dithiolaan-5-ring die vrijkomt bij de overgang naar dihydroliponzuur (DHLA, dimercapto-octaanzuur). In cellen wordt LA gereduceerd tot DHLA, dat beschouwd wordt als de biologisch actievere vorm van LA, verantwoordelijk voor de anti-oxidant-effecten en het verlagen van het oxidatieve vermogen van ongebonden ijzer- en koper-ionen. Tegen deze voorstelling van zaken pleiten de hoge reactiviteit van de twee thiol-groepen, de lage intracellulaire concentratie, de snelle methylering van een of beide thiolgroepen, de snelle oxidatie van de zijketen naar kortere metabolieten en de snelle uitstroom uit de cel. Hoewel zowel LA als DHLA in cellen wordt aangetroffen na toediening, wordt het grootste deel van het intracellulair DHLA gevonden als een mengsel van disulfides, gebonden aan cysteïne-residuen in proteïnen afkomstig uit het cytosol of mitochondria. Resultaten uit 2008 en 2009 duiden erop dat een therapeutisch en anti-verouderingseffect tot stand komt via het moduleren van signalen en gen-transcriptie die leiden tot het verbeteren van de aniti-oxidant-status van de cel. Dit lijkt echter vooral tot stand te komen via mechanismen die een rol spelen voorafgaand aan het ontstaan van vrije radicalen, niet door het afvangen daarvan of een reducerend effectvan LA.

Alle vormen van LA met een gesloten ring (R/S-LA, RLA en SLA) kunnen worden gereduceerd tot DHLA. In modelsystemen zijn zowel weefselspecifieke als stereoselectieve reducties beschreven. Temminste twee cytisolische enezymen (glutathionreductase - GR - en thioredoxine reductase -Trx1) en twee enzymen uit mitochondria (lipoamide dehydrogenase en thioredoxin reductase - Trx2) zijn actief betrokken bij de reductie van LA. SLA wordt enzymatisch door GR uit het cytosol gereduceerd. Trx1, Trx2 en lipoamide dehydrogenase reducren RLA stereospecifiek. (R)-(+)-LA wordt enzymatisch of chemisch gereduceerd tot (R)-(-)-DHLA, (S)-(-)-LA wordt tot (S)-(+)-DHLA omgezet. Zowel DHLA als LA kunnen ook via niet-enzymatische extra-celluaire processen gevormd worden via thiol-disufide-reacties.

RLA kan in vivo functioneren als een B-vitamine en in hogere doses als afgeleide van plantaarde voedingsstoffen als curcumine, sulforafaan, resveratrol en andere cytobeschermende stoffen.

Voor thiamine-deficiënt ratten bleek SLA toxisch. Een verschil in biologische actie tussen enantiomeren is bekend sinds het Softenondrama.

In diverse studies is aangetoond dat SLA ofwel een lagere activiteit heeft dan RLA ofwel interferentie met RLA geeft via competitieve remming.

Toepassingen

R/S-LA en RLA zijn ruim beschibaar als receptvrij voedingssupplement. In de VS gaat dit in de vorm van capsules, tabletten of drank met water als oplosmiddel. Het werd in de matkt gezet als antioxidant, als ondersteuning bij het cellulair glucosegebruik en type 2 diabetes.

LA kan zowel door het menselijk lichaam zelf gemaakt als uit het dieet opgenomen worden. Dagelijks gebruik van doses tussen 200 en 600 mg kan de hoeveelheid die via het gewone dieet opgenomen wordt met een factor 1000 overtreffen. De opname van LA in het maagdarmkanaal wordt negatief beïnvloed door de aanwezigheid van ander voedsel. Geadviseerd wordt daarom het supplement niet te nemen tussen een uur voor het eten tot 2 uur erna. Ongeveer 30 tot 60 minuten na inname van het additief wordt een maximum concentratie in het bloed bereikt. Aangenomen wordt dat het grootste deel via de lever gemetaboliseerd wordt.

In Duitsland is LA sinds 1966 als medicijn toegelaten voor de behandeling van diabetes gerelateerde neuropathie en is zonder recept verkrijgbaar.

Clinische research

2012
Er wordt geen positief effect gevonden van LA bij mensen met energiestofwisselingsziektes.
2013
De American Cancer Society concludeert dat "er op het moment geen wetenschappelijk bewijs is dat liponzuur het ontstaan of de uitzaaing van kanker bestrijdt".
2015
Liponzuur is, behalve in Duitsland, nergens erkend als intraveneus toe te dienen middel bij diabetis gerelateerde neuropathie. Het middel wordt als redelijk veilig en effectief beschouwd.
2018
In een reviewartikel wordt aangetoond dat LA een klein effexct heeft op het verminderen van lichaamsgewicht, maar dat LA niet kosten-effectief is als voedingssupplement.
2025
Er wordt een positief effect gevonden in een cellulair model voor de ataxie van Friedreich.