글리옥실산

3. 제조

글리옥실산은 옥살산의 전기합성, 글리옥살의 산화, 말레산의 오존 분해 등 다양한 방법으로 제조된다.

3. 1. 옥살산의 전기합성

3. 2. 글리옥살의 산화

3. 3. 말레산의 오존분해

4. 생물학적 역할

글리옥실산은 여러 중요한 생물학적 경로에서 핵심적인 역할을 수행하는 대사 중간생성물이다.

세균,^[48][13] 균류, 식물^[49][14] 등에서 지방산을 탄수화물로 전환하는 글리옥실산 회로의 핵심 대사 중간생성물이다. 이 회로는 생물이 저장된 지방을 에너지원이나 다른 생합성 경로의 전구체로 활용할 수 있게 하며, 특히 식물에서는 곰팡이 감염에 대한 방어 기작 유도에도 관여한다.^[50][15]

또한, 글리옥실산은 식물의 광호흡 경로에서도 중요한 중간체이다. 광호흡은 루비스코(RuBisCO)가 CO₂ 대신 O₂와 반응할 때 발생하는 과정으로, 이 과정에서 생성되는 독성 부산물인 포스포글리콜산을 처리하고 탄소를 회수하는 데 글리옥실산이 관여한다.^[19][20]

글리옥실산은 주로 퍼옥시좀에서 글리콜산의 산화나 미토콘드리아에서 하이드록시프롤린의 이화대사를 통해 생성된다.^[52][17] 생성된 글리옥실산은 세포 내 다양한 효소 반응을 거쳐 글리신, 옥살산, 글리콜산 등으로 전환되어 세포 대사에 이용된다.^[53][18]

4. 1. 글리옥실산 회로

4. 2. 사람에서의 대사

• 퍼옥시좀: AGT1(알라닌:글리옥실산 아미노트랜스퍼레이스 1)에 의해 글리신으로 전환되거나, 글리콜산 산화효소(GO)에 의해 옥살산으로 전환된다.
• 미토콘드리아: AGT2(알라닌:글리옥실산 아미노트랜스퍼레이스 2)에 의해 글리신으로 전환되거나, 글리옥실산 환원효소(GR)에 의해 글리콜산으로 전환된다.
• 세포질: 소량의 글리옥실산은 젖산 탈수소효소(LDH)에 의해 옥살산으로 전환된다.^[53]

4. 3. 식물에서의 광호흡

5. 질병과의 관련성

글리옥실산은 인체 내에서 특정 질병의 발병과 관련이 있는 것으로 연구되고 있다. 대표적으로 제2형 당뇨병의 잠재적인 초기 지표로 주목받고 있으며^[60][25], 신장 결석의 주요 원인인 고수산뇨증의 발달 과정에도 관여하는 것으로 알려져 있다.^[18][17]

5. 1. 제2형 당뇨병

5. 2. 신장 결석

6. 반응 및 용도

글리옥실산은 아세트산보다 약 10배 정도 더 강한 산이며, 산 해리 상수는 4.7 × 10⁻⁴ (p''K''_a = 3.32)이다.

:OCHCO₂H ⇄ OCHCO₂⁻ + H⁺

글리옥실산은 다양한 화학 반응에 참여한다. 염기성 조건에서는 불균등화 반응을 통해 하이드록시아세트산과 옥살산으로 전환될 수 있다. 또한 요소나 1,2-다이아미노벤젠과 같은 화합물과 축합 반응하여 헤테로고리를 형성한다. 페놀류와는 친전자성 방향족 치환 반응을 일으키는데, 이는 아목시실린, 아테놀롤, 바닐린 등 다양한 유기 화합물 합성의 중간 단계로 활용된다.^{[7][26][27][42][61][62]}

글리옥실산은 여러 분야에서 용도로 사용된다. 단백질 분석 시 트립토판 잔기를 검출하는 홉킨스-콜 반응의 시약으로 쓰인다.^[28][63] 환경에서는 2차 유기 에어로졸의 주요 성분 중 하나로 발견되며, 대기 중에서 광화학 반응에 참여한다.^[29][64] 최근에는 포름알데히드의 대체재로서 "브라질리언" 헤어 스트레이트너와 같은 화장품에 사용되기도 하지만, 피부 흡수 시 신장에 수산칼슘 결정을 형성하여 급성 신장 손상을 유발할 수 있다는 보고가 있다.^{[30][31][35][36]}

6. 1. 불균등화 반응

6. 2. 헤테로고리 화합물 합성

6. 3. 페놀 유도체 합성

6. 4. 홉킨스-콜 반응

6. 5. 환경 화학

6. 6. 스트레이트 파마제

7. 안전

글리옥실산은 쥐에서 LD₅₀이 2500mg/kg으로, 오랫동안 동물 모델에서 그다지 독성이 없는 것으로 여겨졌다. 그러나 모발 펴기 제품에 노출된 후 급성 신장 질환이 관찰되면서 독성 가능성이 제기되었다.^[30] 경피 흡수 후, 모발 강화 크림 등에 포함된 글리옥실산은 수산 칼슘 신장병증을 유발할 수 있다. 특히 글리콜산과 달리 글리옥실산은 소변 내 수산염 배설을 크게 증가시킬 수 있다.^[31]

글리옥실산은 스트레이트 파마제로 사용되기도 한다.^[35] 2024년에는 스트레이트 파마 시술 시 경피 흡수된 글리옥실산이 급성 신장 손상을 유발한 것으로 추정되는 사례가 보고되었다.^[36]

참조

_[1] 서적 Nomenclature of Organic Chemistry : IUPAC Recommendations and Preferred Names 2013 (Blue Book) The Royal Society of Chemistry 2014
_[2] 문서 Merck Index
_[3] 웹사이트 Dissociation Constants Of Organic Acids and Bases (600 compounds) http://zirchrom.com/[...]
_[4] 웹사이트 Archived copy http://research.chem[...] 2010-06-02
_[5] 논문 Kinetics and equilibria for the reversible hydration of the aldehyde group in glyoxylic acid.
_[6] 논문 Quinoxaline–dihydroxyacetic acid (1/1)
_[7] 논문 Glyoxylic Acid Wiley-VCH, Weinheim
_[8] 논문 Vibrational spectra of glyoxylic acid monomers
_[9] 논문 Effective Henry's law constants of glyoxal, glyoxylic acid, and glycolic acid http://repository.us[...]
_[10] 논문 Elektrolytische Reduction von Carbonsäuren und Carbonsäureestern in schwefelsaurer Lösung https://zenodo.org/r[...]
_[11] 서적 Practical Organic Chemistry 2nd Ed. http://www.sciencema[...] Macmillan and Co. Limited
_[12] 서적 Materials Handbook: A Concise Desktop Reference https://books.google[...] Springer
_[13] 논문 Control of flux through the citric acid cycle and the glyoxylate bypass in Escherichia coli
_[14] 논문 Lipid mobilization and gluconeogenesis in plants: do glyoxylate cycle enzyme activities constitute a real cycle? A hypothesis
_[15] 논문 The glyoxylate cycle is involved in pleotropic phenotypes, antagonism and induction of plant defence responses in the fungal biocontrol agent Trichoderma atroviride 2013-09
_[16] 논문 Activation of glyoxylate pathway without the activation of its related gene in succinate-producing engineered Escherichia coli 2013-11
_[17] 논문 Primary hyperoxaluria type III—a model for studying perturbations in glyoxylate metabolism 2012-12-01
_[18] 논문 Glyoxylate is a substrate of the sulfate-oxalate exchanger, sat-1, and increases its expression in HepG2 cells 2011-03
_[19] 웹사이트 photorespiration http://www2.mcdaniel[...] 2017-03-09
_[20] 논문 Photorespiration 2010-03-23
_[21] 논문 Distinct photorespiratory reactions are preferentially catalyzed by glutamate:glyoxylate and serine:glyoxylate aminotransferases in rice 2015-01
_[22] 논문 A possible role for the chloroplast pyruvate dehydrogenase complex in plant glycolate and glyoxylate metabolism 2013-11
_[23] 논문 Inflammation in the pathogenesis of microvascular complications in diabetes 2012-12-21
_[24] 논문 Glyco-oxidation and cardiovascular complications in type 2 diabetes: a clinical update 2013-04
_[25] 논문 Glyoxylate, a New Marker Metabolite of Type 2 Diabetes 2014
_[26] 논문 An Improved Procedure for Synthesis of DL-4-Hydroxy-3-methoxymandelic Acid (DL-"Vanillyl"-mandelic Acid, VMA)
_[27] 서적 Manufacture of vanillin and its homologues U.S. Patent 2,640,083 https://docs.google.[...] U.S. Patent Office
_[28] 서적 Question Bank of Biochemistry https://books.google[...] New Age International
_[29] 논문 Aqueous Photochemistry of Glyoxylic Acid
_[30] 논문 Acute kidney injury following exposure to formaldehyde-free hair-straightening products S. Karger AG 2022-07-11
_[31] 논문 Hair-straightening cosmetics containing glyoxylic acid induce crystalline nephropathy https://linkinghub.e[...]
_[32] 논문 実験的蓚酸カルシウム結石症における蓚酸前駆物質に関する研究 https://doi.org/10.5[...] 日本泌尿器科学会
_[33] 논문 An integrated perspective on the developmental toxicity of ethylene glycol https://doi.org/10.1[...] Elsevier
_[34] 웹사이트 尿細管間質性腎炎 https://www.msdmanua[...] MSDマニュアル プロフェッショナル版
_[35] 논문 ヒト毛髪におけるグリオキシル酸に対する浸透促進成分の効果の顕微 IR 法による検証 https://doi.org/10.1[...] 高輝度光科学研究センター 2021-02
_[36] 논문 Kidney Injury and Hair-Straightening Products Containing Glyoxylic Acid https://doi.org/10.1[...]
_[37] 서적 Nomenclature of Organic Chemistry : IUPAC Recommendations and Preferred Names 2013 (Blue Book) The Royal Society of Chemistry 2014
_[38] 문서 Merck Index
_[39] 웹사이트 Dissociation Constants Of Organic Acids and Bases (600 compounds) http://zirchrom.com/[...]
_[40] 웹인용 Archived copy http://research.chem[...] 2010-06-02
_[41] 저널 Kinetics and equilibria for the reversible hydration of the aldehyde group in glyoxylic acid.
_[42] 문서 Glyoxylic Acid Wiley-VCH, Weinheim
_[43] 저널 Vibrational spectra of glyoxylic acid monomers
_[44] 저널 Effective Henry's law constants of glyoxal, glyoxylic acid, and glycolic acid http://repository.us[...]
_[45] 저널 Elektrolytische Reduction von Carbonsäuren und Carbonsäureestern in schwefelsaurer Lösung https://zenodo.org/r[...]
_[46] 서적 Practical Organic Chemistry 2nd Ed. http://www.sciencema[...] Macmillan and Co. Limited
_[47] 서적 Materials Handbook: A Concise Desktop Reference https://books.google[...] Springer
_[48] 저널 Control of flux through the citric acid cycle and the glyoxylate bypass in Escherichia coli
_[49] 저널 Lipid mobilization and gluconeogenesis in plants: do glyoxylate cycle enzyme activities constitute a real cycle? A hypothesis
_[50] 저널 The glyoxylate cycle is involved in pleotropic phenotypes, antagonism and induction of plant defence responses in the fungal biocontrol agent Trichoderma atroviride 2013-09
_[51] 저널 Activation of glyoxylate pathway without the activation of its related gene in succinate-producing engineered Escherichia coli 2013-11
_[52] 저널 Primary hyperoxaluria type III—a model for studying perturbations in glyoxylate metabolism 2012-12-01
_[53] 저널 Glyoxylate is a substrate of the sulfate-oxalate exchanger, sat-1, and increases its expression in HepG2 cells 2011-03
_[54] 웹인용 photorespiration http://www2.mcdaniel[...] 2017-03-09
_[55] 저널 Photorespiration 2010-03-23
_[56] 저널 Distinct photorespiratory reactions are preferentially catalyzed by glutamate:glyoxylate and serine:glyoxylate aminotransferases in rice 2015-01
_[57] 저널 A possible role for the chloroplast pyruvate dehydrogenase complex in plant glycolate and glyoxylate metabolism 2013-11
_[58] 저널 Inflammation in the pathogenesis of microvascular complications in diabetes 2012-12-21
_[59] 저널 Glyco-oxidation and cardiovascular complications in type 2 diabetes: a clinical update 2013-04
_[60] 저널 Glyoxylate, a New Marker Metabolite of Type 2 Diabetes 2014
_[61] 저널 An Improved Procedure for Synthesis of DL-4-Hydroxy-3-methoxymandelic Acid (DL-"Vanillyl"-mandelic Acid, VMA)
_[62] 서적 Manufacture of vanillin and its homologues U.S. Patent 2,640,083 https://docs.google.[...] U.S. Patent Office
_[63] 서적 Question Bank of Biochemistry https://books.google[...] New Age International
_[64] 저널 Aqueous Photochemistry of Glyoxylic Acid