PIRUVAT: LASTNOSTI, SINTEZA, BIOLOŠKA VLOGA, APLIKACIJE - KEMIJA - 2025

Piruvat ali piruvična kislina je najenostavnejša ketoacid. Ima tri ogljikovo molekulo s karboksilno skupino, ki meji na ketonski ogljik. Ta spojina je končni produkt glikolize in predstavlja stičišče za razvoj številnih presnovnih procesov.

Glikoliza je metabolična pot, ki razgradi glukozo. Sestavljen je iz desetih korakov, v katerih se ena molekula glukoze pretvori v dve molekuli piruvata, z neto tvorbo dveh molekul ATP.

Okostje molekule pirovične kisline. Vir: Lukáš Mižoch

V prvih petih korakih glikolize pride do porabe dveh molekul ATP za proizvodnjo fosfatnih sladkorjev: glukoza-6-fosfata in fruktoze-1,6-bisfosfata. V zadnjih petih reakcijah glikolize nastajajo energija in štiri molekule ATP.

Pirovična kislina nastaja iz fosfoenolpirovične kisline ali fosfoenolpiruvata v reakciji, ki jo katalizira encim piruvat kinaza; encim, ki potrebuje Mg ²⁺ in K ⁺ . Med reakcijo pride do proizvodnje molekule ATP.

Proizvedena piruvična kislina se lahko uporablja pri različnih biokemičnih dogodkih; odvisno od tega, ali je bila glikoliza opravljena v aerobnih pogojih ali v anaerobnih pogojih.

Pod aerobnimi pogoji se pirvična kislina pretvori v acetilCoA in ta se vključi v Krebsov cikel ali trikarboksilne kisline. Glukoza se v elektronski transportni verigi, ki nastane po glikolizi, spremeni v ogljikov dioksid in vodo.

V anaerobnih pogojih se pirvična kislina z delovanjem encima mlečno dehidrogenaza pretvori v laktat. To se pojavlja pri višjih organizmih, vključno s sesalci in bakterijami v mleku.

Vendar kvasovke fermentirajo pirvično kislino v acetaldehid z delovanjem encima piruvat dekarboksilaze. Acetaldehid se nato pretvori v etanol.

Lastnosti

Molekularna formula

C ₃ H ₄ O ₃

Kemična imena

-Piruvična kislina,

-Piroocetna kislina in

-2-oksopropionski (ime IUPAC).

Molarna masa

88.062 g / mol.

Fizični opis

Brezbarvna tekočina, ki je lahko tudi rumenkaste ali jantarne barve.

Neprijeten vonj

Ostrega vonja, podobnega ocetni kislini.

Vrelišče

54 ° C.

Tališče

13,8 ° C.

Gostota

1,227 g / cm ³ pri 20 ° C.

Topnost v vodi

10 ⁶ mg / L pri 20 ° C; ali kar je enako, ustvari raztopino z molsko koncentracijo 11,36 M.

Parni tlak

129 mmHg.

Porazdelitveni koeficient oktanol / voda

Dnevnik P = -0,5

Kislost

pKa = 2,45 pri 25 ° C

Lomni količnik

η20D = 1.428

Temperatura skladiščenja

2 - 8 ºC

pH

1.2 v koncentraciji 90 g / L vode pri 20 ° C.

Stabilnost

Stabilen, vendar gorljiv. Nezdružljivo z močnimi oksidanti in močnimi bazami. Med shranjevanjem se polimerizira in razpade, če posoda ne ščiti pred zrakom in svetlobo.

Prag arome

5 ppm.

Sinteza

Pripravimo ga s segrevanjem vinske kisline s staljenim kalijevim bisulfatom (KHSO ₄ ) pri temperaturi 210 ° C - 220 ° C. Reakcijski produkt očistimo s frakcijsko destilacijo pod znižanim tlakom.

Tiaminski avksotrofni kvasovki so sposobni sintetizirati piruvično kislino, ko se gojijo v glicerolu in propionski kislini. Pirovična kislina ima 71% donos iz glicerola.

Pirovična kislina nastane tudi z oksidacijo propilen glikola z oksidantom, kot je kalijev permanganat.

Biološka vloga

Destinacije

Pirovična kislina ni bistveno hranilo, saj se proizvaja v vseh živih organizmih; na primer, rdeče jabolko vsebuje 450 mg te spojine, ki predstavlja stičišče za razvoj različnih presnovnih procesov.

Ko nastane med glikolizo, ima lahko več ciljev: postati acetilCoA, ki se uporablja v Krebsovem ciklu; preoblikovati v mlečno kislino; ali v aminokislinah.

Poleg tega se lahko piruvična kislina vključi, ne da bi bilo treba pretvoriti v acetilCoA, v Krebsov cikel po anaplerotski poti.

Pretvorba v acetilCoA

Pri pretvorbi pirvične kisline v acetilCoA pride do dekarboksilacije pirvične kisline, preostala acetilna skupina pa se kombinira s koencimom A, da nastane acetilCoA. Gre za zapleten postopek, kataliziran z encimom piruvat dehidrogenazo.

Ta encim tvori kompleks z dvema drugim encimoma, ki katalizirata sintezo acetilCoA: dihidrolipoamid transacetilaza in dihidrolipoamid dehidrogenaza. Poleg tega v sintezi sodeluje pet koencimov: tiamin pirofosfat, lipoinska kislina, FADH ₂ , NADH in CoA.

V primeru pomanjkanja vitamina B ₁ (tiamina) se v živčnih strukturah nabira pirovična kislina. V ciklu Krebsa se poleg acetilCoA, ki izvira iz pirovične kisline, uporablja tudi presnova aminokislin in β-oksidacija maščobnih kislin.

Dvoogljični acetil CoA se kombinira s štiri-ogljikovim oksaloacetatom in tvori šest-ogljikov citrat. Temu dogodku sledi zaporedje reakcij, ki jih skupaj imenujemo Krebsov cikel ali cikel trikarboksilne kisline.

Krebsov cikel

V Krebsovem ciklu nastajajo koencimi NADH in FADH ₂ , ki se uporabljajo v zaporedju reakcij, ki vključujejo beljakovine, imenovane citokromi. Ta sklop reakcij se imenuje elektronska transportna veriga.

Prenosna veriga elektronov je povezana z oksidativno fosforilacijo, presnovno aktivnostjo, pri kateri nastaja ATP. Za vsako molekulo glukoze, ki se presnovi z glikolizo, elektronsko transportno verigo in oksidativno fosforilacijo, nastane skupaj 36 molekul ATP.

Pretvorba v oksaloacetat

Pirovična kislina se v anaplerotski reakciji karboksilira v oksaloacetat in se pridruži Krebsovemu ciklu. Anaplerotske reakcije oskrbujejo sestavine presnovnih ciklov in preprečujejo njihovo izčrpanost. Pretvorba pirovične kisline v oksaloacetat je odvisna od ATP.

Ta anaplerotična reakcija poteka predvsem v jetrih živali. Pirovična kislina je vključena tudi v Krebsov cikel, ki se pretvori v malat, v anaplerotski reakciji, ki jo katalizira jabolčni encim z uporabo NADPH kot koencima.

Pretvorba v alanin

Piruvična kislina v stradalnih pogojih vključi amino skupino iz glutaminske kisline v mišicah in se tako preoblikuje v aminokislino alanin. To reakcijo katalizira encim alanin aminotransferaza.

Alanin prehaja v kri in v jetrih se zgodi obratni proces, ki alanin pretvori v piruvično kislino in to posledično ustvari glukozo. To zaporedje dogodkov se imenuje Cahill Cycle.

Pretvorba v laktat

V aerobnih celicah z visoko hitrostjo glikolize sintetizirane molekule NADH niso ustrezno pretvorjene v molekule NAD pri mitohondrijski oksidaciji. Zato tudi v tem primeru, tako kot v anaerobnih celicah, pride do redukcije pirovične kisline na laktat.

Zgornje razlaga, kaj se zgodi med intenzivno vadbo, med katero se aktivira glikoliza in proizvodnja NADH, pri čemer se ta NADH uporablja pri redukciji pirvične kisline v mlečno kislino. To vodi do kopičenja mlečne kisline v mišici in s tem do bolečine.

To se dogaja tudi v evkariontskih celicah, kot so mlečnokislinske bakterije; tak primer je laktobacil. Pretvorbo pirvične kisline v mlečno kislino katalizira encim mlečna dehidrogenaza, ki uporablja NADH kot koencim.

Alkoholno vrenje

Pirovična kislina je med drugimi destinacijami podvržena alkoholnemu vrenju. V prvem koraku se pirvična kislina podvrže dekarboksilaciji, kar povzroči acetaldehidno spojino. To reakcijo katalizira encim piruvat dekarboksilaza.

Nato se acetaldehid pretvori v etanol v reakciji, kataliziranem z encimom alkoholne dehidrogenaze, ki uporablja NADH kot koencim.

Antioksidantno delovanje

Pirovična kislina ima antioksidativno delovanje in tako izloči reaktivne kisikove vrste, kot sta vodikov peroksid in lipidni peroksidi. Suprafiziološke ravni piruvične kisline lahko povečajo koncentracijo celičnega zmanjšanega glutationa.

Prijave

Medicinske namene

Pirovična kislina ima inotropni učinek na srčno mišico, zato njeno injiciranje ali infuzija po intrakoronarni poti poveča kontraktilnost ali moč krčenja mišic.

Vendar je treba upoštevati nekatere toksične učinke tega postopka, saj je otrok, ki je intravensko prejel piruvat za zdravljenje restriktivne kardiomiopatije, privedel do smrti.

Med možnimi mehanizmi za razlago inotropnega učinka piruvične kisline sodita povečanje tvorbe ATP in povečanje fosforilacijskega potenciala ATP. Druga razlaga je aktivacija piruvat dehidrogenaze.

Pirovična kislina se že dolgo prodaja kot uporabna spojina za hujšanje. Toda v več študijah je bilo dokazano, da je, čeprav vpliva na zmanjšanje telesne teže, majhen in njegova uporaba v ta namen ni priporočljiva.

Poleg tega obstajajo dokazi, da vnos petih gramov pirovične kisline na dan škodljivo vpliva na prebavni sistem, kar dokazujejo nelagodje v trebuhu in popačenje v trebuhu, plini in driska.

Opaženo je bilo tudi povečanje holesterola lipoproteinov z nizko gostoto (LDL), ki se šteje za "slab holesterol".

Druge uporabe

Pirovična kislina se uporablja kot sredstvo za aromatiziranje živil. Služi tudi kot surovina za sintezo L-triptofana, L-tirozina in 3,4-dihidrofenilalanina v različnih panogah.

Reference

1. Mathews, CK, Van Holde, KE in Ahern, KG (2004). Biokemija. 3. izdaja Uredništvo Pearson Educación, SA
2. Nacionalni center za informacije o biotehnologiji. (2019). Pirovična kislina. Baza podatkov PubChem. CID = 1060. Pridobljeno: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
3. Kemijska knjiga. (2017). Pirovična kislina. Pridobljeno: chemicalbook.com
4. Uredniki Encyclopeedia Britannica. (16. avgust 2018). Pirovična kislina. Encyclopædia Britannica. Pridobljeno: britannica.com
5. Banka drog. (2019). Pirovična kislina. Pridobljeno: drugbank.ca
6. Wikipedija. (2019). Pirovična kislina. Pridobljeno: en.wikipedia.org