Ácido láctico

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.

O ácido láctico foi refinado por primeira vez do leite ácido polo químico sueco Carl Wilhelm Scheele en 1780. 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 Alemaña pola compañía Boehringer Ingelheim. En 2006 a produción global foi de 275.000 toneladas cun crecemento anual do 10%.^[3]

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) supera 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:

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 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.

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 exercicio 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 ^[4][5].

A acidose que aparece despois do exercicio ten que deberse a outra reacción distinta. Unha hipótese é que cando se hidroliza o ATP se libera enerxía, pero tamén un H⁺. Este catión é o principal responsable da diminución do pH (acidificación). Debido á gran 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.^[5] 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)^[6] .

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.^[7] .

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^[8][9]. Segundo a hipótese da lanzadeira do lactato, as células da glía transformann a glicosa en lactato, e fornecen de lactato ás neuronas^[10][11]. 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^[8].

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^[8]. 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^{[8][12][13][14][15]}.

Algúns estudos indican que no cerebro do rato inmaturo 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.^[16][17].

Fermentación láctica

• A partir da fermentación do azucre do leite (lactosa) polo Bacillus acidilacti.
• A partir da fermentación de amidón, azucre de uva (glicosa) ou de cana (sacarosa) utilizando o Bacillus delbrückii.

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

Pode obterse unha 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.

En medicina

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

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

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

• Alimento para nenos.
• Purgante, na forma de lactato de calcio ou lactato de magnesio.
• Aditivo en alimentos ou fragrancias, 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.

Ligazóns externas

• Corn Plastic to the Rescue Arquivado 21 de novembro de 2013 en Wayback Machine.
• Lactic acid: a safe and natural ingredient
• Lactic Acid: Information and Resources
• Lactic Acid Is Not Muscles' Foe, It's Fuel
• Aprende a controlar o ácido lactico(en castelán)
• Biopolímeros(en castelán)
• Anión lactato.