PYRUVÁT: VLASTNOSTI, SYNTÉZA, BIOLOGICKÁ ÚLOHA, APLIKÁCIE - CHÉMIA - 2026

Pyruvát alebo kyselina pyrohroznová je najjednoduchšie ketokyseliny. Má tri-uhlíkovú molekulu s karboxylovou skupinou susediacou s ketónovým uhlíkom. Táto zlúčenina je konečným produktom glykolýzy a predstavuje križovatku rozvoja mnohých metabolických procesov.

Glykolýza je metabolická cesta, ktorá štiepi glukózu. Pozostáva z desiatich krokov, v ktorých sa jedna molekula glukózy transformuje na dve molekuly pyruvátu, pričom sa generujú dve molekuly ATP v sieti.

Kostra molekuly kyseliny pyruvovej. Zdroj: Lukáš Mižoch

V prvých piatich stupňoch glykolýzy dochádza k spotrebe dvoch molekúl ATP na výrobu fosfátových cukrov: glukóza-6-fosfát a fruktóza-1,6-bisfosfát. V posledných piatich reakciách glykolýzy sa generuje energia a štyri molekuly ATP.

Kyselina pyruvátová sa vyrába z kyseliny fosfoenolpyruvátovej alebo fosfoenolpyruvátu reakciou katalyzovanou enzýmom pyruvátkinázy; enzým, ktorý vyžaduje Mg2 ⁺ a K ⁺ . Počas reakcie dochádza k produkcii molekuly ATP.

Produkovaná kyselina pyruvová sa môže použiť pri rôznych biochemických udalostiach; v závislosti od toho, či sa glykolýza uskutočňovala za aeróbnych podmienok alebo za anaeróbnych podmienok.

Za aeróbnych podmienok sa kyselina pyruvátová transformuje na acetylCoA, čo sa inkorporuje do Krebsovho cyklu alebo trikarboxylových kyselín. Glukóza sa nakoniec transformuje počas elektronického transportného reťazca, procesu, ktorý nastáva po glykolýze, na oxid uhličitý a vodu.

Za anaeróbnych podmienok sa kyselina pyruvátová transformuje na laktát pôsobením enzýmu laktátdehydrogenáza. Vyskytuje sa u vyšších organizmov vrátane cicavcov a baktérií v mlieku.

Kvasinky fermentujú kyselinu pyruvátovú na acetaldehyd pôsobením enzýmu pyruvát dekarboxylázy. Acetaldehyd sa následne premení na etanol.

vlastnosti

Molekulárny vzorec

C ₃ H ₄ O ₃

Chemické názvy

- kyselina pyrohroznová,

- kyselina akrylová a

-2-oxopropiónový (názov IUPAC).

Molárna hmota

88,062 g / mol.

Fyzický popis

Bezfarebná tekutina, ktorá môže mať tiež žltkastú alebo jantárovú farbu.

vône

Štipľavý zápach podobný kyseline octovej.

Bod varu

54 ° C

Bod topenia

13,8 ° C

Hustota

1,272 g / cm ³ pri 20 ° C

Rozpustnosť vo vode

10 ⁶ mg / l pri 20 ° C; alebo čo je rovnaké, vytvára roztok s molárnou koncentráciou 11,36 M.

Tlak vodnej pary

129 mmHg.

Rozdeľovací koeficient oktanol / voda

Denník P = -0,5

kyslosť

pKa = 2,45 pri 25 ° C

Index lomu

η20D = 1,428

Skladovacia teplota

2 - 8 ° C

pH

1.2 pri koncentrácii 90 g / l vody pri 20 ° C.

stabilita

Stabilný, ale horľavý. Nekompatibilné so silnými oxidačnými činidlami a silnými zásadami. Polymerizuje sa a rozkladá sa počas skladovania, ak ho kontajner nechráni pred vzduchom a svetlom.

Príchuť

5 ppm.

syntéza

To sa pripravuje zahrievaním kyselinu vínnu s roztaveným hydrogénsíranu draselným (KHSO ₄ ), pri teplote 210 ° C - 220 ° C Reakčný produkt sa čistí frakčnou destiláciou za zníženého tlaku.

Tiamínové auxotrofné kvasinky sú schopné syntetizovať kyselinu pyruvovú, keď sa pestujú v glycerole a kyseline propiónovej. Kyselina pyruvátová má 71% výťažok z glycerolu.

Kyselina pyrohroznová sa tiež vyrába oxidáciou propylénglykolu oxidačným činidlom, ako je manganistan draselný.

Biologická úloha

destinácií

Kyselina pyruvová nie je nevyhnutnou živinou, pretože sa vyrába vo všetkých živých organizmoch; napríklad červené jablko obsahuje 450 mg tejto zlúčeniny, ktorá predstavuje križovatku pre vývoj rôznych metabolických procesov.

Ak sa tvorí počas glykolýzy, môže mať niekoľko cieľov: stať sa acetylCoA na použitie v Krebsovom cykle; transformovať na kyselinu mliečnu; alebo v aminokyselinách.

Kyselina pyruvátová môže byť navyše začlenená bez potreby premeny na acetylCoA do Krebsovho cyklu anaplerotickou cestou.

Premena na acetylCoA

Pri konverzii kyseliny pyrohroznovej na acetylCoA dochádza k dekarboxylácii kyseliny pyrohroznovej a zostávajúca acetylová skupina sa kombinuje s koenzýmom A za vzniku acetylCoA. Je to komplexný proces katalyzovaný enzýmom pyruvátdehydrogenáza.

Tento enzým tvorí komplex s ďalšími dvoma enzýmami, ktoré katalyzujú syntézu acetylCoA: dihydrolipoamid-transacetyláza a dihydrolipoamid dehydrogenáza. Navyše, päť koenzýmy sa zúčastňujú syntézy: tiamínpyrofosfátu, kyselinu lipoovú, FADH ₂ , NADH a CoA.

V prípade vitamínu B ₁ (tiamín) nedostatku, akumuluje kyselina pyrohroznová v nervových štruktúr. Okrem acetylCoA pochádzajúceho z kyseliny pyruvovej sa v Krebsovom cykle používa aj metabolizmus aminokyselín a β-oxidácia mastných kyselín.

Acetyl CoA s dvoma atómami uhlíka sa kombinuje so oxaloacetátom so štyrmi atómami uhlíka za vzniku citrátu so šiestimi atómami uhlíka. Po tejto udalosti nasleduje sled reakcií, ktoré sa spoločne nazývajú Krebsov cyklus alebo cyklus trikarboxylovej kyseliny.

Krebsov cyklus

V Krebsovom cykle _vznikajú koenzýmy NADH a FADH2 , ktoré sa používajú v postupnosti reakcií, do ktorých sú zapojené proteíny nazývané cytochrómy. Tento súbor reakcií sa nazýva elektronický dopravný reťazec.

Transportný reťazec elektrónov je spojený s oxidatívnou fosforyláciou, metabolickou aktivitou, pri ktorej sa vytvára ATP. Pre každú molekulu glukózy metabolizovanú glykolýzou, reťazcom transportu elektrónov a oxidačnou fosforyláciou sa vytvorí celkom 36 molekúl ATP.

Konverzia na oxaloacetát

Kyselina pyruvátová je v anaplerotickej reakcii karboxylovaná na oxaloacetát, pričom sa pripája k Krebsovmu cyklu. Anaplerotické reakcie dodávajú zložky metabolických cyklov a bránia ich vyčerpaniu. Konverzia kyseliny pyrohroznovej na oxaloacetát závisí od ATP.

Táto anaplerotická reakcia sa uskutočňuje hlavne v pečeni zvierat. Kyselina pyruvátová sa tiež inkorporuje do Krebsovho cyklu a transformuje sa na malát v anaplerotickej reakcii katalyzovanej jablčným enzýmom s použitím NADPH ako koenzýmu.

Konverzia na alanín

Kyselina pyruvátová v podmienkach hladovania podlieha inkorporácii aminoskupiny z kyseliny glutámovej vo svaloch, čím sa transformuje na alanín aminokyseliny. Táto reakcia je katalyzovaná enzýmom alanínaminotransferáza.

Alanín prechádza do krvi a v pečeni dochádza k reverznému procesu, ktorý transformuje alanín na kyselinu pyruvátovú, a tým vzniká glukóza. Táto postupnosť udalostí sa nazýva Cahillov cyklus.

Premena na laktát

V aeróbnych bunkách s vysokou mierou glykolýzy syntetizované molekuly NADH nie sú pri mitochondriálnej oxidácii dostatočne konvertované na molekuly NAD. Preto v tomto prípade, ako v anaeróbnych bunkách, dochádza k redukcii kyseliny pyrohroznovej na laktát.

Vyššie uvedené vysvetľuje, čo sa deje počas intenzívneho cvičenia, počas ktorého sa aktivuje glykolýza a produkcia NADH, kde sa tento NADH používa na redukciu kyseliny pyrohroznovej na kyselinu mliečnu. To vedie k hromadeniu kyseliny mliečnej vo svaloch, a tým aj bolesti.

K tomu tiež dochádza v eukaryotických bunkách, ako sú baktérie mliečneho kvasenia; to je prípad laktobacilu. Konverzia kyseliny pyrohroznovej na kyselinu mliečnu je katalyzovaná enzýmom mliečnej dehydrogenázy, ktorý používa NADH ako koenzým.

Alkoholové kvasenie

Kyselina pyrohroznová je okrem iných destilátov alkoholovým kvasením. V prvom kroku sa kyselina pyrohroznová dekarboxyláciou získa za vzniku acetaldehydovej zlúčeniny. Táto reakcia je katalyzovaná enzýmom pyruvát dekarboxylázy.

Následne sa acetaldehyd transformuje na etanol v reakcii katalyzovanej enzýmom alkoholovej dehydrogenázy, ktorý používa NADH ako koenzým.

Antioxidačná funkcia

Kyselina pyruvátová má antioxidačnú funkciu, a tak odstraňuje reaktívne druhy kyslíka, ako je peroxid vodíka a peroxidy lipidov. Suprafyziologické hladiny kyseliny pyruvovej môžu zvýšiť koncentráciu bunkového redukovaného glutatiónu.

aplikácia

Lekárske použitie

Kyselina pyruvátová má inotropný účinok na srdcový sval, takže jej injekcia alebo infúzia intrakoronárnou cestou zvyšuje kontraktilitu alebo silu svalovej kontrakcie.

Pri tomto postupe sa však musia zvážiť niektoré toxické účinky, pretože dieťa, ktoré dostalo intravenózne pyruvát na liečbu reštriktívnej kardiomyopatie, malo za následok smrť.

Medzi možné mechanizmy vysvetlenia inotropného účinku kyseliny pyruvovej patrí zvýšenie tvorby ATP a zvýšenie fosforylačného potenciálu ATP. Ďalším vysvetlením je aktivácia pyruvátdehydrogenázy.

Kyselina pyruvová sa už dlho predáva ako použiteľná zlúčenina na chudnutie. Vo viacerých štúdiách sa však ukázalo, že hoci má vplyv na zníženie hmotnosti, je malý a jeho použitie na tento účel sa neodporúča.

Okrem toho existuje dôkaz, že príjem piatich gramov kyseliny pyrohroznovej / deň má škodlivý vplyv na tráviaci systém, čoho dôkazom sú bolesti brucha a skreslenie brucha, plyn a hnačka.

Pozoroval sa aj nárast cholesterolu lipoproteínu s nízkou hustotou (LDL), považovaného za „zlý cholesterol“.

Iné použitia

Kyselina pyrohroznová sa používa ako aromatická prísada do potravín. Slúži tiež ako surovina pre syntézu L-tryptofánu, L-tyrozínu a 3,4-dihydrofenylalanínu v rôznych priemyselných odvetviach.

Referencie

1. Mathews, CK, Van Holde, KE a Ahern, KG (2004). Biochémie. 3. vydanie. Editorial Pearson Educación, SA
2. Národné centrum pre biotechnologické informácie. (2019). Kyselina pyrohroznová. PubChem Database. CID = 1060. Získané z: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
3. Chemická kniha. (2017). Kyselina pyrohroznová. Obnovené z: chemicalbook.com
4. Editori encyklopédie Britannica. (16. augusta 2018). Kyselina pyrohroznová. Encyclopædia Britannica. Získané z: britannica.com
5. Drugbank. (2019). Kyselina pyrohroznová. Získané z: drugbank.ca
6. Wikipedia. (2019). Kyselina pyrohroznová. Obnovené z: en.wikipedia.org