ПИРУВАТ: СВОЙСТВА, СИНТЕЗ, БИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ, ПРИМЕНЕНИЕ - ХИМИЯ - 2025

Пирувата или пировиноградная кислота является простейшей кетокислотой. Он имеет трехуглеродную молекулу с карбоксильной группой, смежной с углеродом кетона. Это соединение является конечным продуктом гликолиза и представляет собой перекресток для развития многочисленных метаболических процессов.

Гликолиз - это метаболический путь, который расщепляет глюкозу. Он состоит из десяти этапов, на которых одна молекула глюкозы превращается в две молекулы пирувата с чистым образованием двух молекул АТФ.

Скелет молекулы пировиноградной кислоты. Источник: Лукаш Мижоч

На первых пяти этапах гликолиза для производства фосфатных сахаров потребляются две молекулы АТФ: глюкозо-6-фосфат и фруктозо-1,6-бисфосфат. В последних пяти реакциях гликолиза генерируются энергия и четыре молекулы АТФ.

Пировиноградная кислота производится из фосфоенолпировиноградной кислоты или фосфоенолпирувата в реакции, катализируемой ферментом пируваткиназой; фермент, который требует Mg ²⁺ и K ⁺ . Во время реакции происходит выработка молекулы АТФ.

Полученная пировиноградная кислота может использоваться в различных биохимических процессах; в зависимости от того, проводился ли гликолиз в аэробных условиях или в анаэробных условиях.

В аэробных условиях пировиноградная кислота превращается в ацетилСоА, и он включается в цикл Кребса или трикарбоновые кислоты. Глюкоза в конечном итоге превращается во время электронной транспортной цепи, процесса, который происходит после гликолиза, в диоксид углерода и воду.

В анаэробных условиях пировиноградная кислота превращается в лактат под действием фермента лактодегидрогеназы. Это происходит у высших организмов, включая млекопитающих и бактерий в молоке.

Однако дрожжи сбраживают пировиноградную кислоту в ацетальдегид под действием фермента пируватдекарбоксилазы. Затем ацетальдегид превращается в этанол.

свойства

Молекулярная формула

С ₃ Н ₄ О ₃

Химические названия

-Пировиноградная кислота,

-Пироацетамовая кислота и

-2-оксопропионовый (название IUPAC).

Молярная масса

88,062 г / моль.

Физическое описание

Бесцветная жидкость, которая также может быть желтоватого или янтарного цвета.

запах

Резкий запах, похожий на запах уксусной кислоты.

Точка кипения

54 ° С.

Температура плавления

13,8 ° С.

плотность

1,272 г / см ³ при 20 ° С.

Растворимость воды

10 ⁶ мг / л при 20 ° C; или что то же самое, образует раствор с молярной концентрацией 11,36 М.

Давление газа

129 мм рт. Ст.

Коэффициент разделения октанол / вода

Лог P = -0,5

кислотность

pKa = 2,45 при 25 ºC

Показатель преломления

η20D = 1,428

Температура хранилища

2-8 ºC

pH

1,2 при концентрации 90 г / л воды при 20 ºC.

стабильность

Стабильный, но горючий. Несовместим с сильными окислителями и сильными основаниями. Он полимеризуется и разлагается при хранении, если емкость не защищает его от воздуха и света.

Порог вкуса

5 частей на миллион.

Синтез

Его получают путем нагревания винной кислоты с расплавом бисульфата калия (KHSO ₄ ) при температуре 210–220 ° C. Продукт реакции очищают фракционной перегонкой при пониженном давлении.

Ауксотрофные по тиамину дрожжи способны синтезировать пировиноградную кислоту при выращивании в глицерине и пропионовой кислоте. Пировиноградная кислота имеет выход 71% от глицерина.

Пировиноградная кислота также производится окислением пропиленгликоля окислителем, таким как перманганат калия.

Биологическая роль

Направления

Пировиноградная кислота не является важным питательным веществом, так как она вырабатывается всеми живыми организмами; например, красное яблоко содержит 450 мг этого соединения, что представляет собой перекресток для развития различных метаболических процессов.

Когда он образуется во время гликолиза, он может иметь несколько предназначений: стать ацетил-КоА для использования в цикле Кребса; превращаются в молочную кислоту; или в аминокислотах.

Кроме того, пировиноградная кислота может быть включена без необходимости превращения в ацетилCoA в цикл Кребса анаплеротическим путем.

Преобразование в acetylCoA

При превращении пировиноградной кислоты в ацетилСоА происходит декарбоксилирование пировиноградной кислоты, и оставшаяся ацетильная группа объединяется с коэнзимом А с образованием ацетилСоА. Это сложный процесс, катализируемый ферментом пируватдегидрогеназой.

Этот фермент образует комплекс с двумя другими ферментами, катализирующими синтез ацетилСоА: дигидролипоамид трансацетилазой и дигидролипоамиддегидрогеназой. Кроме того, в синтезе участвуют пять коферментов: пирофосфат тиамина, липоевая кислота, FADH ₂ , NADH и CoA.

При дефиците витамина B ₁ (тиамина) пировиноградная кислота накапливается в нервных структурах. Помимо ацетилСоА, образующегося из пировиноградной кислоты, в цикле Кребса используется тот, который образуется в результате метаболизма аминокислот и β-окисления жирных кислот.

Двухуглеродный ацетил-КоА объединяется с четырехуглеродным оксалоацетатом с образованием шестиуглеродного цитрата. За этим событием следует последовательность реакций, которые вместе называются циклом Кребса или циклом трикарбоновых кислот.

Цикл Кребса

В цикле Кребса _{продуцируются} коферменты НАДН и ФАДН ₂ , которые используются в последовательности реакций, в которых участвуют белки, называемые цитохромами. Этот набор реакций называется электронной транспортной цепочкой.

Цепь переноса электронов связана с окислительным фосфорилированием, метаболической активностью, при которой вырабатывается АТФ. На каждую молекулу глюкозы, метаболизирующуюся посредством гликолиза, цепи переноса электронов и окислительного фосфорилирования, в общей сложности производится 36 молекул АТФ.

Превращение в оксалоацетат

Пировиноградная кислота в анаплеротической реакции карбоксилируется до оксалоацетата, присоединяясь к циклу Кребса. Анаплеротические реакции снабжают компоненты метаболических циклов, предотвращая их истощение. Превращение пировиноградной кислоты в оксалоацетат зависит от АТФ.

Эта анаплеротическая реакция протекает в основном в печени животных. Пировиноградная кислота также включается в цикл Кребса, превращаясь в малат, в анаплеротической реакции, катализируемой яблочным ферментом с использованием НАДФН в качестве кофермента.

Превращение в аланин

Пировиноградная кислота в условиях голодания претерпевает включение аминогруппы из глутаминовой кислоты в мышцы, тем самым превращая ее в аминокислоту аланин. Эта реакция катализируется ферментом аланинаминотрансферазой.

Аланин попадает в кровь, и в печени происходит обратный процесс, превращающий аланин в пировиноградную кислоту, которая, в свою очередь, производит глюкозу. Эта последовательность событий называется циклом Кэхилла.

Преобразование в лактат

В аэробных клетках с высокой скоростью гликолиза синтезированные молекулы НАДН не превращаются в достаточной степени в молекулы НАД при окислении митохондрий. Следовательно, в этом случае, как и в анаэробных клетках, происходит восстановление пировиноградной кислоты до лактата.

Вышеупомянутое объясняет, что происходит во время интенсивных упражнений, во время которых активируются гликолиз и выработка НАДН, где этот НАДН используется для восстановления пировиноградной кислоты в молочную кислоту. Это приводит к накоплению молочной кислоты в мышцах и, следовательно, к боли.

Это также происходит в эукариотических клетках, таких как молочнокислые бактерии; так обстоит дело с лактобациллами. Превращение пировиноградной кислоты в молочную кислоту катализируется ферментом молочной дегидрогеназы, который использует НАДН в качестве кофермента.

Спиртовое брожение

Пировиноградная кислота, помимо прочего, подвергается спиртовому брожению. На первой стадии пировиноградная кислота подвергается декарбоксилированию, давая соединение ацетальдегида. Эта реакция катализируется ферментом пируватдекарбоксилазой.

Впоследствии ацетальдегид превращается в этанол в реакции, катализируемой ферментом алкогольной дегидрогеназой, который использует НАДН в качестве кофермента.

Антиоксидантная функция

Пировиноградная кислота обладает антиоксидантной функцией, таким образом устраняя активные формы кислорода, такие как перекись водорода и перекиси липидов. Супрафизиологические уровни пировиноградной кислоты могут увеличивать концентрацию клеточного восстановленного глутатиона.

Приложения

Медицинское использование

Пировиноградная кислота оказывает инотропное действие на сердечную мышцу, поэтому ее инъекция или инфузия интракоронарным путем увеличивает сократимость или силу сокращения мышц.

Однако следует учитывать некоторые токсические эффекты этой процедуры, поскольку ребенок, получавший пируват внутривенно для лечения рестриктивной кардиомиопатии, закончился смертью.

Среди возможных механизмов, объясняющих инотропный эффект пировиноградной кислоты, - увеличение выработки АТФ и увеличение потенциала фосфорилирования АТФ. Другое объяснение - активация пируватдегидрогеназы.

Пировиноградная кислота уже давно продается как полезное соединение для похудания. Но в нескольких исследованиях было показано, что, хотя он и влияет на снижение веса, он невелик, и его использование для этой цели не рекомендуется.

Кроме того, есть свидетельства того, что потребление пяти граммов пировиноградной кислоты в день оказывает вредное воздействие на пищеварительную систему, о чем свидетельствуют дискомфорт в животе и деформация живота, газы и диарея.

Также наблюдалось повышение уровня холестерина липопротеинов низкой плотности (ЛПНП), считающегося «плохим холестерином».

Другое использование

Пировиноградная кислота используется в качестве пищевого ароматизатора. Он также служит сырьем для синтеза L-триптофана, L-тирозина и 3,4-дигидрофенилаланина в различных отраслях промышленности.

Ссылки

1. Мэтьюз, К. К., Ван Холд, К. Э. и Ахерн, К. Г. (2004). Биохимия. 3-е издание. Редакция Pearson Educación, SA
2. Национальный центр биотехнологической информации. (2019). Пировиноградная кислота. База данных PubChem. CID = 1060. Получено с: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
3. Химическая книга. (2017). Пировиноградная кислота. Получено с: chemicalbook.com
4. Редакторы энциклопедии Британника. (16 августа 2018 г.). Пировиноградная кислота. Encyclopdia Britannica. Получено с: britannica.com
5. Drugbank. (2019). Пировиноградная кислота. Получено с: drugbank.ca
6. Wikipedia. (2019). Пировиноградная кислота. Получено с: en.wikipedia.org