PIRUVAT: SVOJSTVA, SINTEZA, BIOLOŠKA ULOGA, PRIMJENE - KEMIJA - 2026

Piruvata ili piruvinska kiselina je najjednostavniji keto. Sadrži molekulu s tri ugljika s karboksilnom skupinom uz ketonski ugljik. Ovaj spoj krajnji je produkt glikolize i predstavlja raskrižje za razvoj brojnih metaboličkih procesa.

Glikoliza je metabolički put koji razgrađuje glukozu. Sastoji se od deset koraka u kojima se jedna molekula glukoze pretvara u dvije molekule piruvata, s neto stvaranjem dviju molekula ATP-a.

Kostur molekule pirovične kiseline. Izvor: Lukáš Mižoch

U prvih pet koraka glikolize dolazi do potrošnje dvije molekule ATP-a za proizvodnju fosfatnih šećera: glukoze-6-fosfata i fruktoze-1,6-bisfosfata. U posljednjih pet reakcija glikolize stvaraju se energije i četiri ATP molekule.

Piruična kiselina proizvedena je iz fosfoenolpiruvinske kiseline ili fosfoenolpiruvata, u reakciji kataliziranoj enzimom piruvat kinaze; enzim koji zahtijeva Mg ²⁺ i K ⁺. Tijekom reakcije dolazi do stvaranja ATP molekule.

Proizvedena piruična kiselina može se koristiti u različitim biokemijskim događajima; ovisno o tome je li glikoliza provedena u aerobnim uvjetima ili u anaerobnim uvjetima.

U aerobnim uvjetima, piruična kiselina se pretvara u acetilCoA i to je ugrađeno u Krebsov ciklus ili trikarboksilne kiseline. Glukoza se tijekom elektroničkog transportnog lanca, procesa koji nastaje nakon glikolize, pretvara u ugljični dioksid i vodu.

Pod anaerobnim uvjetima, piruična kiselina se transformira u laktat djelovanjem enzima lakta dehidrogenaza. To se događa u višim organizmima, uključujući sisavce i bakterije u mlijeku.

Međutim, kvasci fermentiraju pirovičnu kiselinu u acetaldehid djelovanjem enzima piruvat dekarboksilaze. Acetaldehid se nakon toga transformira u etanol.

Svojstva

Molekularna formula

C ₃ H ₄ O ₃

Kemijska imena

-Piruična kiselina, -Piroroctena kiselina i

-2-oksopropionski (naziv IUPAC).

Molekulska masa

88.062 g / mol.

Fizički opis

Bezbojna tekućina, koja također može biti žućkaste ili jantarne boje.

Miris

Oštar miris sličan octenoj kiselini.

Vrelište

54 ° C.

Talište

13,8 ° C.

Gustoća

1,227 g / cm ³ na 20 ° C.

Topnost u vodi

10 ⁶ mg / L na 20 ° C; ili ono isto, stvara otopinu molarne koncentracije 11,36 M.

Tlak pare

129 mmHg.

Koeficijent razdvajanja oktanol / voda

Log P = -0,5

Kiselost

pKa = 2,45 pri 25 ° C

Indeks loma

η20D = 1.428

Temperatura skladištenja

2 - 8 ºC

pH

1.2 u koncentraciji od 90 g / L vode na 20 ° C.

Stabilnost

Stabilan, ali zapaljiv. Nekompatibilan s jakim oksidantima i jakim bazama. Tijekom skladištenja se polimerizira i razgrađuje ako ga spremnik ne štiti od zraka i svjetlosti.

Prag okusa

5 ppm.

Sinteza

Priprema se zagrijavanjem vinske kiseline s rastopljenim kalijevim bisulfatom (KHSO ₄), na temperaturi 210 ° C - 220 ° C. Produkt reakcije je pročišćen frakcijskom destilacijom pod sniženim tlakom.

Tiaminski auxotrofni kvasci sposobni su sintetizirati piruičnu kiselinu kad se uzgaja u glicerolu i propionskoj kiselini. Pirovična kiselina ima 71% prinosa glicerola.

Pirovična kiselina se također proizvodi oksidacijom propilen glikola oksidansom poput kalijevog permanganata.

Biološka uloga

Destinacije

Piruična kiselina nije esencijalna hranjiva tvar jer se proizvodi u svim živim organizmima; na primjer, crvena jabuka sadrži 450 mg ovog spoja, što predstavlja raskrižje za razvoj različitih metaboličkih procesa.

Kad nastane tijekom glikolize, može imati nekoliko odredišta: postati acetilCoA koji će se koristiti u Krebsovom ciklusu; pretvoriti u mliječnu kiselinu; ili u aminokiselinama.

Pored toga, piruična kiselina se može ugraditi, bez potrebe da se pretvara u acetilCoA, u Krebsov ciklus anaplerotskim putem.

Pretvorba u acetilCoA

Pri pretvorbi piruične kiseline u acetilCoA dolazi do dekarboksilacije piruične kiseline, a preostala acetilna skupina kombinira se s koenzimom A kako bi nastao acetilCoA. To je složen proces kataliziran enzimom piruvat dehidrogenaza.

Ovaj enzim tvori kompleks s dva druga enzima koji kataliziraju sintezu acetilCoA: dihidrolipoamid transacetilaza i dihidrolipoamid dehidrogenaza. Pored toga, u sintezi sudjeluje pet koenzima: tiamin pirofosfat, lipoinska kiselina, FADH ₂, NADH i CoA.

U slučaju nedostatka vitamina B ₁ (tiamina), piruična kiselina akumulira se u živčanim strukturama. Uz acetilCoA koji potiče iz piruične kiseline, u Krebsovom ciklusu koristi se i metabolizam aminokiselina i β-oksidacija masnih kiselina.

Dvo-ugljični acetil CoA kombinira se s četvero-ugljikovim oksaloacetatom kako bi nastao šest-ugljični citrat. Nakon ovog događaja slijedi niz reakcija, koje se zajedno nazivaju Krebsov ciklus ili ciklus trikarboksilne kiseline.

Krebsov ciklus

U Krebsovom ciklusu _stvaraju se koenzimi NADH i FADH ₂, koji se koriste u nizu reakcija u kojima sudjeluju proteini zvani citohromi. Taj skup reakcija naziva se lanac elektroničkog transporta.

Lanac transporta elektrona povezan je s oksidativnom fosforilacijom, metaboličkom aktivnošću u kojoj se proizvodi ATP. Za svaku molekulu glukoze koja se metabolizira putem glikolize, lanca transporta elektrona i oksidativne fosforilacije proizvodi se ukupno 36 ATP molekula.

Pretvorba u oksaloacetat

Piroična kiselina se u anaplerotskoj reakciji karboksilira u oksaloacetat, pridružujući se Krebsovom ciklusu. Anaplerotske reakcije opskrbljuju komponente metaboličkih ciklusa, sprječavajući njihovu iscrpljenost. Konverzija pirovične kiseline u oksaloacetat ovisi o ATP-u.

Ova anaplerotska reakcija odvija se uglavnom u jetri životinja. Piroična kiselina je također uključena u Krebsov ciklus, pretvarajući se u malat, u anaplerotskoj reakciji kataliziranoj jabučnim enzimom koristeći NADPH kao koenzim.

Pretvorba u alanin

Pirovična kiselina u uvjetima gladovanja podvrgava se ugradnji amino skupine iz glutaminske kiseline u mišiće, pretvarajući se u alanin u aminokiselinu. Tu reakciju katalizira enzim alanin aminotransferaza.

Alanin prelazi u krv i u jetri se događa obrnuti proces, pretvarajući alanin u piruičnu kiselinu, a to zauzvrat stvara glukozu. Taj slijed događaja naziva se Cahillov ciklus.

Pretvorba u laktat

U aerobnim stanicama s velikom brzinom glikolize, sintetizirane NADH molekule nisu prikladno pretvorene u NAD molekule u mitohondrijskoj oksidaciji. Stoga i u ovom slučaju, kao i u anaerobnim stanicama, dolazi do redukcije piruične kiseline u laktat.

Navedeno objašnjava što se događa tijekom intenzivnog vježbanja, tijekom kojeg se aktivira glikoliza i proizvodnja NADH, pri čemu se taj NADH koristi u redukciji piruične kiseline u mliječnu kiselinu. To dovodi do nakupljanja mliječne kiseline u mišićima i, prema tome, do boli.

To se događa i u eukariotskim stanicama, poput bakterija mliječne kiseline; takav je slučaj s laktobacilima. Pretvorba piruične kiseline u mliječnu kiselinu katalizira enzim mliječna dehidrogenaza koji koristi NADH kao koenzim.

Alkoholna fermentacija

Pirovična kiselina, između ostalog, prolazi alkoholnu fermentaciju. U prvom koraku, piruična kiselina se podvrgava dekarboksilaciji, nastajući acetaldehidni spoj. Tu reakciju katalizira enzim piruvat dekarboksilaza.

Nakon toga, acetaldehid se transformira u etanol, u reakciji kataliziranoj alkoholnim dehidrogenaznim enzimom koji koristi NADH kao koenzim.

Antioksidantna funkcija

Pirovična kiselina ima antioksidacijsku funkciju, čime eliminira reaktivne kisikove vrste kao što su vodikov peroksid i lipidni peroksidi. Suprafiziološke razine piruvične kiseline mogu povećati koncentraciju staničnog reduciranog glutationa.

Prijave

Medicinske svrhe

Pirovična kiselina ima inotropni učinak na srčani mišić, pa njegova injekcija ili infuzija intrakoronarnim putem povećava kontraktilnost ili snagu kontrakcije mišića.

Moraju se uzeti u obzir neki toksični učinci ovog postupka jer je dijete koje je intravenski primilo piruvat radi liječenja restriktivne kardiomiopatije rezultiralo smrću.

Među mogućim mehanizmima za objašnjenje inotropnog učinka piruične kiseline je porast stvaranja ATP-a i povećanje fosforilacijskog potencijala ATP-a. Drugo objašnjenje je aktiviranje piruvat dehidrogenaze.

Pyruvic kiselina se već dugo prodaje kao upotrebljiv spoj za mršavljenje. No, u nekoliko studija pokazalo se da iako ima utjecaj na smanjenje tjelesne težine, malo je i njegova uporaba u tu svrhu se ne preporučuje.

Uz to, postoje dokazi da unos pet grama piruične kiseline / dan štetno utječe na probavni sustav, o čemu svjedoče nelagoda u trbuhu i distorzija u trbuhu, plinovi i proljev.

Primjećeno je i povećanje kolesterola lipoproteina niske gustoće (LDL), koji se smatra "lošim kolesterolom".

Ostale uporabe

Pirovična kiselina koristi se kao sredstvo za aromatiziranje hrane. Služi i kao sirovina za sintezu L-triptofana, L-tirozina i 3,4-dihidrofenilalanina u raznim industrijama.

Reference

1. Mathews, CK, Van Holde, KE i Ahern, KG (2004). Biokemija. 3. izdanje Uredništvo Pearson Educación, SA
2. Nacionalni centar za biotehnološke informacije. (2019). Pyruvic kiselina. PubChem baza podataka. CID = 1060. Oporavak od: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
3. Kemijska knjiga. (2017). Pyruvic kiselina. Oporavilo od: chemicalbook.com
4. Urednici Encyclopaedia Britannica. (16. kolovoza 2018.). Pyruvic kiselina. Encyclopædia Britannica. Oporavilo od: britannica.com
5. Drugbank. (2019). Pyruvic kiselina. Oporavak od: drugbank.ca
6. Wikipedia. (2019). Pyruvic kiselina. Oporavilo sa: en.wikipedia.org