ПИРУВАТ: СВОЙСТВА, СИНТЕЗ, БИОЛОГИЧНА РОЛЯ, ПРИЛОЖЕНИЯ - ХИМИЯ - 2025

В пируват или пирогроздена киселина е най-простият кетокиселина. Той има три въглеродна молекула с карбоксилна група, съседна на кетоновия въглерод. Това съединение е крайният продукт на гликолизата и представлява кръстопът за развитието на множество метаболитни процеси.

Гликолизата е метаболитен път, който разгражда глюкозата. Състои се от десет стъпки, в които една молекула глюкоза се трансформира в две молекули пируват, с нетното генериране на две молекули АТФ.

Скелет на молекулата на пировиновата киселина. Източник: Лукаш Мижох

В първите пет етапа на гликолиза се наблюдава консумация на две молекули на АТФ за производството на фосфатни захари: глюкоза-6-фосфат и фруктоза-1,6-бисфосфат. В последните пет реакции на гликолиза се генерират енергия и четири ATP молекули.

Пировиновата киселина се произвежда от фосфоенолпирувинова киселина или фосфоенолпируват, в реакция, катализирана от ензима пируваткиназа; ензим, който изисква Mg ²⁺ и K ⁺. По време на реакцията се получава производството на ATP молекула.

Получената пировинова киселина може да се използва при различни биохимични събития; в зависимост от това дали гликолизата е извършена при аеробни условия или при анаеробни условия.

При аеробни условия пировиновата киселина се трансформира в ацетилСОА и това се включва в цикъла на Кребс или трикарбоксилни киселини. Глюкозата се превръща по време на електронната транспортна верига - процес, който се случва след гликолиза, във въглероден диоксид и вода.

При анаеробни условия пировиновата киселина се трансформира в лактат под действието на ензима млечна дехидрогеназа. Това се случва при по-високи организми, включително бозайници и бактерии в млякото.

Дрождите обаче ферментират пировиновата киселина в ацеталдехид под действието на ензима пируват декарбоксилаза. Ацеталдехидът впоследствие се трансформира в етанол.

Имоти

Молекулярна формула

С ₃ Н ₄ O ₃

Химически имена

-Pyruvic киселина, -Пирооцетна киселина и

-2-оксопропионен (име на IUPAC).

Моларна маса

88.062 g / mol.

Физическо описание

Безцветна течност, която също може да бъде с жълтеникав или кехлибарен цвят.

миризма

Остра миризма, подобна на оцетна киселина.

Точка на кипене

54 ° C.

Точка на топене

13,8 ° C.

плътност

1,227 g / cm ³ при 20 ° C.

Разтворимост във вода

10 ⁶ mg / L при 20 ° C; или кое е същото, генерира разтвор с моларна концентрация 11.36 М.

Парно налягане

129 mmHg.

Коефициент на разпределение на октанол / вода

Log P = -0.5

киселинност

pKa = 2,45 при 25 ° C

Рефракционен индекс

η20D = 1.428

Температура на съхранение

2 - 8 ºC

рН

1.2 при концентрация 90 g / L вода при 20 ° C.

стабилност

Стабилен, но запалим. Несъвместим със силни окислители и силни основи. Полимеризира се и се разлага по време на съхранение, ако контейнерът не го предпазва от въздух и светлина.

Праг на аромат

5 ppm.

синтез

Приготвя се чрез нагряване на винена киселина с разтопен калиев бисулфат (KHSO ₄) при температура 210 ° С - 220 ° С. Продуктът на реакцията се пречиства чрез фракционна дестилация при понижено налягане.

Тиаминовите ауксотрофни дрожди са способни да синтезират пирувинова киселина, когато се отглеждат в глицерол и пропионова киселина. Пировиновата киселина има 71% добив от глицерол.

Пировиновата киселина също се получава чрез окисляване на пропилен гликол с окислител като калиев перманганат.

Биологична роля

Дестинации

Пировиновата киселина не е съществено хранително вещество, тъй като се произвежда във всички живи организми; например, червена ябълка съдържа 450 mg от това съединение, което представлява кръстопът за развитието на различни метаболитни процеси.

Когато се образува по време на гликолиза, той може да има няколко направления: да стане ацетилCoA, който да се използва в цикъла на Кребс; трансформира се в млечна киселина; или в аминокиселини.

В допълнение, пировиновата киселина може да бъде включена, без да е необходимо да се превръща в ацетилСОА, в цикъла на Кребс по анаплеротичен път.

Преобразуване в ацетилCoA

При превръщането на пировиновата киселина в ацетилСО се получава декарбоксилиране на пировиновата киселина, а останалата ацетилова група се комбинира с коензим А, образувайки ацетилСОА. Това е сложен процес, катализиран от ензима пируват дехидрогеназа.

Този ензим образува комплекс с два други ензима, които катализират синтеза на ацетилСОА: дихидролипоамид трансацетилаза и дихидролипоамид дехидрогеназа. Освен това в синтеза участват пет коензима: тиамин пирофосфат, липоева киселина, FADH ₂, NADH и CoA.

В случай на дефицит на витамин В ₁ (тиамин) пировиновата киселина се натрупва в нервните структури. В допълнение към ацетилКоА, произхождащ от пировинова киселина, в цикъла на Кребс се използва и този от метаболизма на аминокиселини и от β-окисляване на мастни киселини.

Дву-въглеродният ацетил CoA се комбинира с четири-въглеродния оксалоацетат за образуване на шест въглероден цитрат. Това събитие е последвано от последователност от реакции, които заедно се наричат ​​цикъл на Кребс или цикъл на трикарбоксилна киселина.

Цикъл на Кребс

В цикъла на Кребс _{се произвеждат} коензимите NADH и FADH ₂, които се използват в последователност от реакции, включващи протеини, наречени цитохроми. Този набор от реакции се нарича електронна транспортна верига.

Електронната транспортна верига е свързана с окислително фосфорилиране, метаболитна активност, при която се произвежда АТФ. За всяка глюкозна молекула, метаболизирана чрез гликолиза, електронна транспортна верига и окислително фосфорилиране, се получават общо 36 ATP молекули.

Преобразуване в оксалоацетат

Пировиновата киселина в анаплеротична реакция се карбоксилира до оксалоацетат, присъединявайки се към цикъла на Кребс. Анаплеротичните реакции доставят компонентите на метаболитните цикли, предотвратявайки тяхното изтощение. Превръщането на пировиновата киселина в оксалоацетат зависи от АТФ.

Тази анаплеротична реакция протича главно в черния дроб на животните. Пировиновата киселина също е включена в цикъла на Krebs, превръщайки се в малат, в анаплеротична реакция, катализирана от ябълчния ензим, използвайки NADPH като коензим.

Преобразуване в аланин

Пировиновата киселина при условия на глад претърпява включването на амино група от глутаминова киселина в мускулите, като по този начин се трансформира в аминокиселина аланин. Тази реакция се катализира от ензима аланин аминотрансфераза.

Аланинът преминава в кръвта и обратният процес протича в черния дроб, превръщайки аланин в пирувинова киселина, а това от своя страна произвежда глюкоза. Тази последователност от събития се нарича цикъл Cahill.

Преобразуване в лактат

В аеробните клетки с висока степен на гликолиза, синтезираните NADH молекули не се преобразуват адекватно в молекули NAD при митохондриално окисляване. Следователно и в този случай, както в анаеробните клетки, настъпва редукцията на пировиновата киселина до лактат.

Горното обяснява какво се случва по време на интензивни упражнения, по време на които се активира гликолизата и производството на NADH, където този NADH се използва за редукция на пировиновата киселина до млечна киселина. Това води до натрупване на млечна киселина в мускула и следователно до болка.

Това се случва и в еукариотните клетки, като млечнокисели бактерии; такъв е случаят с лактобацилите. Превръщането на пировиновата киселина в млечна киселина се катализира от ензима млечна дехидрогеназа, който използва NADH като коензим.

Алкохолна ферментация

Пирувиновата киселина, наред с други дестинации, претърпява алкохолна ферментация. В първия етап пировиновата киселина се подлага на декарбоксилиране, като се получава ацеталдехидното съединение. Тази реакция се катализира от ензима пируват декарбоксилаза.

Впоследствие ацеталдехидът се трансформира в етанол, в реакция, катализирана от ензима алкохолна дехидрогеназа, който използва NADH като коензим.

Антиоксидантна функция

Пирувиновата киселина има антиоксидантна функция, като по този начин елиминира реактивните видове кислород, като водороден пероксид и липидни пероксиди. Супрафизиологичните нива на пирувиновата киселина могат да повишат концентрацията на клетъчния редуциран глутатион.

Приложения

Медицински приложения

Пирувиновата киселина има инотропно въздействие върху сърдечния мускул, така че инжектирането или вливането му по интракоронарен път увеличава контрактилитета или силата на свиването на мускулите.

Трябва обаче да се имат предвид някои токсични ефекти от тази процедура, тъй като дете, което е получило пируват интравенозно за лечение на рестриктивна кардиомиопатия, е довело до смъртта.

Сред възможните механизми за обяснение на инотропния ефект на пирувиновата киселина е увеличаване на генерирането на АТФ и увеличаване на фосфорилиращия потенциал на АТФ. Друго обяснение е активирането на пируват дехидрогеназа.

Пирувиновата киселина отдавна се продава като използваемо съединение за отслабване. Но в няколко проучвания е доказано, че макар да има ефект върху намаляването на теглото, той е малък и употребата му за тази цел не се препоръчва.

Освен това има доказателства, че приемът на пет грама пировинова киселина на ден има вредно въздействие върху храносмилателната система, което се доказва от коремен дискомфорт и коремни изкривявания, газове и диария.

Наблюдава се и увеличение на холестерола с липопротеин с ниска плътност (LDL), считан за „лошия холестерол“.

Други приложения

Пировиновата киселина се използва като ароматизиращо средство за храна. Освен това служи като суровина за синтеза на L-триптофан, L-тирозин и 3,4-дихидрофенилаланин в различни индустрии.

Препратки

1. Mathews, CK, Van Holde, KE и Ahern, KG (2004). Биохимия. 3-то издание. Редакция Pearson Educación, SA
2. Национален център за информация за биотехнологиите. (2019). Пирунова киселина. PubChem база данни. CID = 1060. Възстановени от: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
3. Химическа книга. (2017). Пирунова киселина. Възстановено от: chemicalbook.com
4. Редакторите на Encyclopaedia Britannica. (16 август 2018 г.). Пирунова киселина. Encyclopædia Britannica. Възстановено от: britannica.com
5. Drugbank. (2019). Пирунова киселина. Възстановени от: drugbank.ca
6. Wikipedia. (2019). Пирунова киселина. Възстановено от: en.wikipedia.org