PYRUVÁT: VLASTNOSTI, SYNTÉZA, BIOLOGICKÁ ROLE, APLIKACE - CHEMIE - 2025

Pyruvát nebo kyselina pyrohroznová je nejjednodušší ketokyselina. Má tři uhlíkové molekuly s karboxylovou skupinou sousedící s uhlíkem ketonu. Tato sloučenina je konečným produktem glykolýzy a představuje křižovatku pro rozvoj četných metabolických procesů.

Glykolýza je metabolická cesta, která rozkládá glukózu. Skládá se z deseti kroků, ve kterých je jedna molekula glukózy transformována na dvě molekuly pyruvátu, přičemž síť tvoří dvě molekuly ATP.

Kostra molekuly kyseliny pyruvové. Zdroj: Lukáš Mižoch

V prvních pěti krocích glykolýzy dochází ke spotřebě dvou molekul ATP pro výrobu fosfátových cukrů: glukóza-6-fosfát a fruktóza-1,6-bisfosfát. V posledních pěti reakcích glykolýzy se vytváří energie a čtyři molekuly ATP.

Kyselina pyruvová se vyrábí z kyseliny fosfoenolpyruvové nebo fosfoenolpyruvátu reakcí katalyzovanou enzymem pyruvát kinázy; enzym, který vyžaduje Mg ²⁺ a K ⁺. Během reakce dochází k produkci molekuly ATP.

Produkovaná kyselina pyruvová může být použita při různých biochemických událostech; v závislosti na tom, zda byla glykolýza provedena za aerobních podmínek nebo za anaerobních podmínek.

Za aerobních podmínek je kyselina pyruvová přeměněna na acetylCoA, což je začleněno do Krebsova cyklu nebo trikarboxylových kyselin. Glukóza končí během elektronického transportního řetězce, což je proces, který nastává po glykolýze, na oxid uhličitý a vodu.

Za anaerobních podmínek se kyselina pyruvová transformuje na laktát působením enzymu laktátdehydrogenázy. K tomu dochází u vyšších organismů, včetně savců a bakterií v mléce.

Kvasinky však fermentují kyselinu pyruvovou na acetaldehyd působením enzymu pyruvát dekarboxylázy. Acetaldehyd se následně transformuje na ethanol.

Vlastnosti

Molekulární vzorec

C ₃ H ₄ O ₃

Chemická jména

-Pyruvová kyselina, - kyselina akrylová a

-2-oxopropionický (název IUPAC).

Molární hmotnost

88,062 g / mol.

Fyzický popis

Bezbarvá kapalina, která může být také nažloutlá nebo jantarová.

Zápach

Štiplavý zápach podobný kyselině octové.

Bod varu

54 ° C

Bod tání

13,8 ° C

Hustota

1,272 g / cm ³ při 20 ° C

Rozpustnost ve vodě

10 ⁶ mg / l při 20 ° C; nebo co je stejné, vytváří roztok s molární koncentrací 11,36 M.

Tlak páry

129 mmHg.

Rozdělovací koeficient oktanol / voda

Protokol P = -0,5

Kyselost

pKa = 2,45 při 25 ° C

Index lomu

η20D = 1,428

Skladovací teplota

2 - 8 ° C

pH

1.2 při koncentraci 90 g / l vody při 20 ° C.

Stabilita

Stabilní, ale hořlavé. Nekompatibilní se silnými oxidačními činidly a silnými zásadami. Polymerizuje a rozkládá se během skladování, pokud jej kontejner nechrání před vzduchem a světlem.

Příchuť vůně

5 ppm.

Syntéza

To se připravuje zahříváním kyselinu vinnou s roztaveným hydrogensíranem draselným (KHSO ₄), při teplotě 210 ° C - 220 ° C Reakční produkt se čistí frakční destilací za sníženého tlaku.

Thiaminové auxotrofní kvasinky jsou schopny syntetizovat kyselinu pyruvovou, pokud jsou pěstovány v glycerolu a kyselině propionové. Kyselina pyruvová má 71% výtěžek z glycerolu.

Kyselina pyruvová se také produkuje oxidací propylenglykolu oxidačním činidlem, jako je manganistan draselný.

Biologická role

Cíle

Kyselina pyruvová není nezbytnou živinou, protože je produkována ve všech živých organismech; například červené jablko obsahuje 450 mg této sloučeniny, což představuje křižovatku pro vývoj různých metabolických procesů.

Když se vytvoří během glykolýzy, může mít několik cílů: stát se acetylCoA pro použití v Krebsově cyklu; přeměnit se na kyselinu mléčnou; nebo v aminokyselinách.

Kromě toho může být kyselina pyruvová začleněna bez potřeby přeměny na acetylCoA do Krebsova cyklu anaplerotickou cestou.

Převod na acetylCoA

Při přeměně kyseliny pyruvové na acetylCoA dochází k dekarboxylaci kyseliny pyruvové a zbývající acetylová skupina se kombinuje s koenzymem A za vzniku acetylCoA. Je to složitý proces katalyzovaný enzymem pyruvátdehydrogenáza.

Tento enzym tvoří komplex s dalšími dvěma enzymy, které katalyzují syntézu acetylCoA: dihydrolipoamid-transacetyláza a dihydrolipoamid-dehydrogenáza. Navíc, pět koenzymy se účastní syntézy: thiaminpyrofosfátu, kyselinu lipoovou, FADH ₂, NADH a CoA.

V případě vitaminu B ₁ (thiamin) nedostatku, akumuluje kyselina pyrohroznová v nervových struktur. Kromě acetylCoA pocházejícího z kyseliny pyruvové se v Krebsově cyklu používá také metabolismus aminokyselin a β-oxidace mastných kyselin.

Dvouhlíkový acetyl CoA se kombinuje se čtyřmocným oxaloacetátem za vzniku citronu o šesti uhlících. Po této události následuje sled reakcí, které se společně nazývají Krebsův cyklus nebo cyklus trikarboxylové kyseliny.

Krebsův cyklus

V Krebsově cyklu _vznikají koenzymy NADH a FADH ₂, které se používají v sekvenci reakcí zahrnujících proteiny zvané cytochromy. Tato sada reakcí se nazývá elektronický dopravní řetězec.

Transportní řetězec elektronů je spojen s oxidativní fosforylací, což je metabolická aktivita, při které se produkuje ATP. Pro každou molekulu glukózy metabolizovanou glykolýzou, řetězcem přenosu elektronů a oxidační fosforylací se vytvoří celkem 36 molekul ATP.

Převod na oxaloacetát

Kyselina pyruvová je v anaplerotické reakci karboxylována na oxaloacetát a připojuje se k Krebsovu cyklu. Anaplerotické reakce dodávají složky metabolických cyklů a brání jejich vyčerpání. Konverze kyseliny pyruvové na oxaloacetát závisí na ATP.

K této anaplerotické reakci dochází hlavně v játrech zvířat. Kyselina pyruvová se také inkorporuje do Krebsova cyklu, transformuje se na malát, v anaplerotické reakci katalyzované jablčným enzymem za použití NADPH jako koenzymu.

Převod na alanin

Kyselina pyruvová za podmínek hladovění podléhá inkorporaci aminoskupiny z kyseliny glutamové ve svalech, čímž se transformuje na alanin aminokyseliny. Tato reakce je katalyzována enzymem alaninaminotransferáza.

Alanin přechází do krve a v játrech dochází k obrácenému procesu, který přeměňuje alanin na kyselinu pyruvovou, což zase produkuje glukózu. Tato posloupnost událostí se nazývá Cahillův cyklus.

Převod na laktát

V aerobních buňkách s vysokou mírou glykolýzy nejsou syntetizované molekuly NADH při mitochondriální oxidaci dostatečně přeměněny na molekuly NAD. Proto v tomto případě, jako v anaerobních buňkách, dochází ke snížení kyseliny pyruvové na laktát.

Výše uvedené vysvětluje, co se děje během intenzivního cvičení, během kterého se aktivuje glykolýza a produkce NADH, kde se tento NADH používá při redukci kyseliny pyruvové na kyselinu mléčnou. To způsobuje hromadění kyseliny mléčné ve svalu a tím bolest.

K tomu také dochází v eukaryotických buňkách, jako jsou bakterie kyseliny mléčné; to je případ laktobacilu. Konverze kyseliny pyruvové na kyselinu mléčnou je katalyzována enzymem mléčné dehydrogenázy, který používá NADH jako koenzym.

Alkoholické kvašení

Kyselina pyruvová podléhá mimo jiné destilaci alkoholu. V prvním kroku se kyselina pyruvová podrobí dekarboxylaci, čímž se získá acetaldehydová sloučenina. Tato reakce je katalyzována enzymem pyruvát dekarboxylázy.

Následně je acetaldehyd přeměněn na ethanol, v reakci katalyzované enzymem alkoholické dehydrogenázy, který používá NADH jako koenzym.

Antioxidační funkce

Kyselina pyruvová má antioxidační funkci, čímž eliminuje reaktivní druhy kyslíku, jako je peroxid vodíku a peroxidy lipidů. Supraphysiologické hladiny kyseliny pyruvové mohou zvýšit koncentraci buněčného redukovaného glutathionu.

Aplikace

Lékařské použití

Kyselina pyruvová má inotropní účinek na srdeční sval, takže její injekce nebo infúze intrakoronární cestou zvyšuje kontraktilitu nebo sílu svalové kontrakce.

Je však třeba zvážit některé toxické účinky tohoto postupu, protože dítě, které dostalo pyruvát intravenózně pro léčbu restriktivní kardiomyopatie, mělo za následek smrt.

Mezi možné mechanismy vysvětlující inotropní účinek kyseliny pyruvové patří zvýšení tvorby ATP a zvýšení fosforylačního potenciálu ATP. Dalším vysvětlením je aktivace pyruvátdehydrogenázy.

Kyselina pyruvová se dlouhodobě prodává jako použitelná sloučenina pro hubnutí. V několika studiích se však ukázalo, že ačkoli má vliv na snížení hmotnosti, je malý a jeho použití k tomuto účelu se nedoporučuje.

Kromě toho existují důkazy, že příjem pěti gramů kyseliny pyruvové / den má škodlivý účinek na zažívací systém, což dokládá abdominální diskomfort a zkreslení břicha, plyn a průjem.

Bylo také pozorováno zvýšení cholesterolu lipoproteinů s nízkou hustotou (LDL), považovaného za „špatný cholesterol“.

Další použití

Kyselina pyruvová se používá jako ochucovadlo potravin. Slouží také jako surovina pro syntézu L-tryptofanu, L-tyrosinu a 3,4-dihydrofenylalaninu v různých průmyslových odvětvích.

Reference

1. Mathews, CK, Van Holde, KE a Ahern, KG (2004). Biochemie. 3. vydání. Editorial Pearson Educación, SA
2. Národní centrum pro biotechnologické informace. (2019). Kyselina pyruvová. PubChem Database. CID = 1060. Obnoveno z: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
3. Chemická kniha. (2017). Kyselina pyruvová. Obnoveno z: chemicalbook.com
4. Editors of Encyclopaedia Britannica. (16. srpna 2018). Kyselina pyruvová. Encyclopædia Britannica. Obnoveno z: britannica.com
5. Drugbank. (2019). Kyselina pyruvová. Obnoveno z: drugbank.ca
6. Wikipedia. (2019). Kyselina pyruvová. Obnoveno z: en.wikipedia.org