ПІРУВАТ: ВЛАСТИВОСТІ, СИНТЕЗ, БІОЛОГІЧНА РОЛЬ, ЗАСТОСУВАННЯ - ХІМІЯ - 2025

Пірувату або пировиноградная кислота є найпростішою кетокислот. Він має тривуглецеву молекулу з карбоксильною групою, прилеглою до кетонового вуглецю. Ця сполука є кінцевим продуктом гліколізу і являє собою перехрестя для розвитку численних обмінних процесів.

Гліколіз - метаболічний шлях, який розщеплює глюкозу. Він складається з десяти етапів, на яких одна молекула глюкози перетворюється на дві молекули пірувату з чистим генеруванням двох молекул АТФ.

Скелет молекули піровиноградної кислоти. Джерело: Лукаш Міжох

На перших п’яти стадіях гліколізу відбувається споживання двох молекул АТФ для виробництва фосфатних цукрів: глюкозо-6-фосфату та фруктози-1,6-бісфосфату. В останні п'ять реакцій гліколізу утворюється енергія та чотири молекули АТФ.

Піровиноградна кислота виробляється з фосфоенолпірувинової кислоти або фосфоенолпірувату в реакції, каталізованій ферментом піруваткінази; фермент, який потребує Mg ²⁺ і K ⁺ . Під час реакції відбувається вироблення молекули АТФ.

Вироблена піровиноградна кислота може використовуватися в різних біохімічних подіях; залежно від того, чи був проведений гліколіз в аеробних умовах або в анаеробних умовах.

В аеробних умовах піровиноградна кислота перетворюється на ацетилКоА, і вона включається в цикл Кребса або трикарбонові кислоти. Глюкоза закінчується перетворенням під час електронного транспортного ланцюга - процесу, який відбувається після гліколізу, у вуглекислий газ і воду.

В анаеробних умовах піровиноградна кислота перетворюється на лактат під дією ферменту молочної дегідрогенази. Це відбувається у вищих організмів, включаючи ссавців та бактерії в молоці.

Однак дріжджі ферментують піровиноградною кислотою в ацетальдегід під дією ферменту піруват-декарбоксилази. Ацетальдегід згодом перетворюється на етанол.

Властивості

Молекулярна формула

C ₃ H ₄ O ₃

Хімічні назви

-Прирунова кислота,

-Пірооцтова кислота і

-2-оксопропіонова (назва IUPAC).

Молярна маса

88,062 г / моль.

Фізичний опис

Безбарвна рідина, яка також може мати жовтуватий або бурштиновий колір.

Запах

Рідкий запах, подібний оцтовій кислоті.

Точка кипіння

54 ° С.

Точка плавлення

13,8 ° C.

Щільність

1,227 г / см ³ при 20 ° С.

Розчинність у воді

10 ⁶ мг / л при 20 ° С; або те ж саме, генерує розчин з молярною концентрацією 11,36 М.

Тиск пари

129 мм рт.ст.

Коефіцієнт розподілу октанол / вода

Журнал P = -0,5

Кислотність

pKa = 2,45 при 25 ° C

Показник заломлення

η20D = 1,428

Температура зберігання

2 - 8 ºC

рН

1,2 при концентрації води 90 г / л при 20 ° С.

Стабільність

Стійкий, але горючий. Несумісний із сильними окислювачами та сильними основами. Полімеризується і розкладається під час зберігання, якщо контейнер не захищає його від повітря і світла.

Поріг аромату

5 проміле.

Синтез

Його готують шляхом нагрівання винної кислоти з розплавленим бісульфатом калію (KHSO ₄ ) при температурі 210 ° C - 220 ° C. Продукт реакції очищають фракційною дистиляцією при зниженому тиску.

Тиамінові ауксотрофні дріжджі здатні синтезувати піровинограду при вирощуванні в гліцерині та пропіоновій кислоті. Піровиноградна кислота має 71% вихід з гліцерину.

Піровиноградна кислота також утворюється шляхом окислення пропіленгліколю таким окислювачем, як перманганат калію.

Біологічна роль

Пункти призначення

Піровиноградна кислота не є важливою поживною речовиною, оскільки виробляється у всіх живих організмах; наприклад, червоне яблуко містить 450 мг цієї сполуки, що є перехрестям для розвитку різних обмінних процесів.

Коли він утворюється під час гліколізу, він може мати декілька напрямків: стати ацетилКоА, який буде використаний у циклі Кребса; перетворюються на молочну кислоту; або в амінокислотах.

Крім того, піровиноградна кислота може бути включена без необхідності перетворення в ацетилКоА в цикл Кребса анаплеротичним шляхом.

Перетворення в ацетилCoA

При перетворенні піровиноградної кислоти в ацетилCoA відбувається декарбоксилювання піровиноградної кислоти, а решта ацетильної групи поєднується з коферментом A, утворюючи ацетилCoA. Це складний процес, каталізується ферментом піруватдегідрогеназа.

Цей фермент утворює комплекс з двома іншими ферментами для каталізації синтезу ацетилCoA: дигідроліпоаміду трансацетилази та дигідроліпоаміддегідрогенази. Крім того, у синтезі беруть участь п’ять коферментів: тіамінпірофосфат, ліпоєва кислота, FADH ₂ , НАДН та КоА.

У випадках дефіциту вітаміну В ₁ (тіаміну) в нервових структурах накопичується піровиноградна кислота. Окрім ацетилКоа, що походить від піровиноградної кислоти, у циклі Кребса використовується метаболізм амінокислот та β-окислення жирних кислот.

Двовуглецевий ацетил КоА поєднується з чотиривуглецевим оксалоацетатом, утворюючи шестивуглецевий цитрат. Ця подія супроводжується послідовністю реакцій, які разом називаються циклом Кребса або циклом трикарбонової кислоти.

Цикл Кребса

У циклі Кребса утворюються коферменти NADH і FADH ₂ , які використовуються в послідовності реакцій, в яких беруть участь білки, звані цитохромами. Цей набір реакцій називається електронним транспортним ланцюгом.

Електронно-транспортний ланцюг поєднаний з окислювальним фосфорилюванням, метаболічною активністю, в якій виробляється АТФ. Для кожної молекули глюкози, що метаболізується за допомогою гліколізу, ланцюга транспорту електронів та окисного фосфорилювання, утворюється 36 молекул АТФ.

Перетворення в оксалоацетат

Піровиноградна кислота в анаплеротичній реакції карбоксилюється до оксалоацетату, приєднуючись до циклу Кребса. Анаплеротичні реакції постачають компоненти метаболічних циклів, запобігаючи їх виснаження. Перетворення піровиноградної кислоти в оксалоацетат залежить від АТФ.

Ця анаплеротична реакція має місце переважно в печінці тварин. Піровиноградна кислота також включена в цикл Кребса, перетворюючись на малат, в анаплеротичній реакції, каталізованій яблучним ферментом, використовуючи НАДФ в якості коферменту.

Перетворення в аланін

Піровиноградна кислота в умовах голодування зазнає включення аміногрупи з глутамінової кислоти в м'язи, перетворюючи таким чином в амінокислоту аланін. Ця реакція каталізується ферментом аланін-амінотрансферазою.

Аланін переходить у кров, і зворотний процес відбувається в печінці, перетворюючи аланін в піровиноградну кислоту, а це в свою чергу виробляє глюкозу. Ця послідовність подій називається циклом Кехіла.

Перетворення в лактат

В аеробних клітинах з високою швидкістю гліколізу синтезовані молекули НАДН не адекватно перетворюються на молекули НАД при мітохондріальному окисленні. Тому в цьому випадку, як і в анаеробних клітинах, відбувається відновлення піровиноградної кислоти до лактату.

Сказане вище пояснює, що відбувається під час інтенсивних фізичних вправ, під час яких активізується гліколіз та вироблення НАДГ, де цей НАДГ використовується для відновлення піровиноградної кислоти до молочної кислоти. Це призводить до накопичення молочної кислоти в м’язі, а отже, і до болю.

Це також відбувається в еукаріотичних клітинах, таких як молочнокислі бактерії; такий випадок лактобактерій. Перетворення піровиноградної кислоти в молочну кислоту каталізується ферментом молочної дегідрогенази, який використовує НАДН як кофермент.

Алкогольне бродіння

Піровиноградна кислота, серед інших напрямків, зазнає алкогольного бродіння. На першій стадії піровиноградна кислота піддається декарбоксилюванню, даючи при цьому сполуку ацетальдегід. Ця реакція каталізується ферментом піруватом декарбоксилазою.

Згодом ацетальдегід перетворюється на етанол у реакції, каталізованій ферментом алкогольної дегідрогенази, який використовує НАДН як кофермент.

Антиоксидантна функція

Піровиноградна кислота має антиоксидантну функцію, тим самим усуваючи реактивні види кисню, такі як перекис водню та пероксиди ліпідів. Супрафізіологічні рівні піровиноградної кислоти можуть підвищувати концентрацію клітинного зниженого глутатіону.

Програми

Медичне використання

Піровиноградна кислота має інотропну дію на серцевий м’яз, тому його ін'єкція або вливання внутрішньокоронарним шляхом збільшує скоротливість або силу скорочення м’язів.

Однак слід враховувати деякі токсичні ефекти цієї процедури, оскільки дитина, яка отримала піруват внутрішньовенно для лікування рестриктивної кардіоміопатії, призвела до смерті.

Серед можливих механізмів пояснення інотропного ефекту піровиноградної кислоти - збільшення генерації АТФ та збільшення потенціалу фосфорилювання АТФ. Інше пояснення - активація піруватдегідрогенази.

Піровиноградна кислота вже давно продається як корисна сполука для схуднення. Але в кількох дослідженнях було показано, що хоча він впливає на зниження ваги, він невеликий і його використання для цієї мети не рекомендується.

Крім того, є дані про те, що прийом п’яти грамів піровиноградної кислоти на добу шкідливо впливає на травну систему, про що свідчать дискомфорт у животі та спотворення живота, гази і діарея.

Також спостерігалося підвищення холестерину ліпопротеїдів низької щільності (ЛПНЩ), що вважається «поганим холестерином».

Інші види використання

Піровиноградна кислота використовується як харчовий ароматизатор. Він також служить сировиною для синтезу L-триптофану, L-тирозину та 3,4-дигідрофенілаланіну в різних галузях промисловості.

Список літератури

1. Mathews, CK, Van Holde, KE та Ahern, KG (2004). Біохімія. 3-е видання. Редакція Pearson Educación, SA
2. Національний центр інформації про біотехнології. (2019). Піровиноградна кислота. PubChem База даних. CID = 1060. Відновлено з: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
3. Хімічна книга. (2017). Піровиноградна кислота. Відновлено з: chemicalbook.com
4. Редактори Encyclopeedia Britannica. (16 серпня 2018 р.). Піровиноградна кислота. Encyclopædia Britannica. Відновлено: britannica.com
5. Наркобанк. (2019). Піровиноградна кислота. Відновлено з: drugbank.ca
6. Вікіпедія. (2019). Піровиноградна кислота. Відновлено з: en.wikipedia.org