PIRUVĀTS: ĪPAŠĪBAS, SINTĒZE, BIOLOĢISKĀ LOMA, PIELIETOJUMI - ĶĪMIJA - 2025

Piruvāts vai pirovīnogskābes ir visvienkāršākais ketoacid. Tam ir trīs oglekļa molekula ar karboksilgrupu, kas atrodas blakus ketona ogleklim. Šis savienojums ir glikolīzes galaprodukts un ir krustojums daudzu metabolisma procesu attīstībai.

Glikolīze ir vielmaiņas ceļš, kas sadala glikozi. Tas sastāv no desmit posmiem, kuros viena glikozes molekula tiek pārveidota divās piruvāta molekulās ar divu ATP molekulu neto paaudzi.

Pirvīnskābes molekulas skelets. Avots: Lukáš Mižoch

Pirmajos piecos glikolīzes posmos fosfāta cukuru ražošanai tiek patērētas divas ATP molekulas: glikoze-6-fosfāts un fruktoze-1,6-bifosfāts. Pēdējās piecās glikolīzes reakcijās tiek ģenerēta enerģija un četras ATP molekulas.

Piruvīnskābi iegūst no fosfenolpiruvīnskābes vai fosfenolpiruvāta reakcijā, ko katalizē enzīma piruvāta kināze; ferments, kam nepieciešami Mg ²⁺ un K ⁺ . Reakcijas laikā rodas ATP molekula.

Izgatavoto pirūnskābi var izmantot dažādos bioķīmiskos notikumos; atkarībā no tā, vai glikolīze ir veikta aerobos vai anaerobos apstākļos.

Aerobos apstākļos piruvavīnskābe tiek pārveidota par acetilCoA, un tā tiek iekļauta Krebsa ciklā vai trikarbonskābēs. Glikoze elektroniskā transporta ķēdes laikā, kas notiek pēc glikolīzes, pārveidojas oglekļa dioksīdā un ūdenī.

Anaerobos apstākļos pirovīnskābe tiek pārveidota par laktātu, izmantojot fermenta pienskābes dehidrogenāzi. Tas notiek augstākos organismos, ieskaitot zīdītājus un baktērijas pienā.

Tomēr raugi fermentē piruvavīdskābi acetaldehīdā, darbojoties fermentam piruvāta dekarboksilāzei. Pēc tam acetaldehīdu pārveido etanolā.

Īpašības

Molekulārā formula

C ₃ H ₄ O ₃

Ķīmiskie nosaukumi

-Pirūnskābe,

-Pirocemīnskābe un

-2-oksopropionu (IUPAC nosaukums).

Molārā masa

88,062 g / mol.

Izskata apraksts

Bezkrāsains šķidrums, kas var būt arī dzeltenīgā vai dzintara krāsā.

Smarža

Spēcīga smarža līdzīga etiķskābei.

Vārīšanās punkts

54 ° C.

Kušanas punkts

13,8 ° C.

Blīvums

1,272 g / cm ³ pie 20 ° C.

Šķīdība ūdenī

10 ⁶ mg / L pie 20 ° C; vai kas ir tas pats, rada šķīdumu ar molāro koncentrāciju 11,36 M.

Tvaika spiediens

129 mmHg.

Oktanola / ūdens sadalījuma koeficients

Baļķis P = -0,5

Skābums

pKa = 2,45 pie 25 ºC

Refrakcijas indekss

η20D = 1,428

Uzglabāšanas temperatūra

2 - 8 ºC

pH

1.2. Koncentrācijā 90 g / l ūdens 20 ºC temperatūrā.

Stabilitāte

Stabils, bet viegli uzliesmojošs. Nesavietojams ar spēcīgiem oksidētājiem un stiprām bāzēm. Uzglabāšanas laikā tas polimerizējas un sadalās, ja trauks to nepasargā no gaisa un gaismas.

Aromāta slieksnis

5 ppm.

Sintēze

To sagatavo, karsējot vīnskābi ar izkausētu kālija bisulfātu (KHSO ₄ ) 210 ° C - 220 ° C temperatūrā. Reakcijas produktu attīra ar frakcionētu destilāciju pazeminātā spiedienā.

Tiamīna auksotrofie raugi, audzējot glicerīnā un propionskābē, spēj sintezēt piruvavu skābi. Piruvīnskābei no glicerīna ir 71% raža.

Piruvīnskābi iegūst arī, oksidējot propilēnglikolu ar oksidētāju, piemēram, kālija permanganātu.

Bioloģiskā loma

Galamērķi

Piruvīnskābe nav būtiska barības viela, jo to ražo visos dzīvos organismos; piemēram, sarkanais ābols satur 450 mg šī savienojuma, kas ir krustceļš dažādu metabolisma procesu attīstībai.

Kad tas veidojas glikolīzes laikā, tam var būt vairāki galamērķi: kļūt par acetilCoA, kas jāizmanto Krebsa ciklā; pārveidot par pienskābi; vai aminoskābēs.

Bez tam, piruvirskābi bez nepieciešamības pārveidot par acetilCoA var iekļaut Krebsa ciklā pa anaplerozes ceļu.

Pārvēršana par acetilCoA

Pirovīnskābes pārvēršanā par acetilCoA notiek pirovilskābes dekarboksilēšana, un atlikušā acetilgrupa apvienojas ar koenzīmuA, veidojot acetilCoA. Tas ir sarežģīts process, ko katalizē enzīms piruvāta dehidrogenāze.

Šis ferments veido kompleksu ar diviem citiem fermentiem, lai katalizētu acetilCoA sintēzi: dihidrolipoamīda transacetilāzes un dihidrolipoamīda dehidrogenāzes. Turklāt sintēzē piedalās pieci koenzīmi: tiamīna pirofosfāts, liposkābe, FADH ₂ , NADH un CoA.

B ₁ vitamīna (tiamīna) deficīta gadījumos pirūdskābe uzkrājas nervu struktūrās. Krebsa ciklā papildus acetilCoA, kura izcelsme ir pirūtskābe, tiek izmantots aminoskābju metabolisms un taukskābju β-oksidācija.

Divu oglekļa acetil-CoA apvieno ar četru oglekļa oksaloacetātu, veidojot sešu oglekļa citrātu. Šim notikumam seko reakciju virkne, ko kopā sauc par Krebsa ciklu vai trikarbonskābes ciklu.

Krebsa cikls

Krebsa ciklā _{tiek ražoti} koenzīmi NADH un FADH ₂ , kurus izmanto virknē reakciju, kurās iesaistīti proteīni, kurus sauc par citohromiem. Šo reakciju kopumu sauc par elektronisko transporta ķēdi.

Elektronu transportēšanas ķēde ir savienota ar oksidatīvo fosforilēšanu - metabolisma aktivitāti, kurā rodas ATP. Katrā glikozes molekulā, kas tiek metabolizēta glikolīzes, elektronu transportēšanas ķēdes un oksidatīvās fosforilēšanas rezultātā, tiek saražotas 36 ATP molekulas.

Pārvēršana par oksaloacetātu

Piruvīnskābe anaplerozes reakcijā tiek karboksilēta par oksalacetātu, pievienojoties Krebsa ciklam. Anaplerotiskās reakcijas piegādā vielmaiņas ciklu komponentus, novēršot to izsīkumu. Piruvīnskābes pārvēršana oksaloacetātā ir atkarīga no ATP.

Šī anaplerotiskā reakcija notiek galvenokārt dzīvnieku aknās. Piruvīnskābe ir iekļauta arī Krebsa ciklā, pārveidojot par malātu, anaplerozes reakcijā, ko katalizē ābolskābes enzīms, izmantojot NADPH kā koenzīmu.

Pārvēršana par alanīnu

Piruvīnskābe bada apstākļos muskuļos iekļauj aminogrupu no glutamīnskābes, tādējādi pārveidojot to aminoskābē alanīnā. Šo reakciju katalizē ferments alanīna aminotransferāze.

Alanīns nokļūst asinīs, un aknās notiek apgrieztais process, pārveidojot alanīnu par piruvavīnskābi, un tas, savukārt, rada glikozi. Šo notikumu secību sauc par Cahill ciklu.

Pārvēršana laktātā

Aerobās šūnās ar augstu glikolīzes ātrumu sintezētās NADH molekulas mitohondriju oksidācijā netiek pietiekami pārveidotas par NAD molekulām. Tāpēc šajā gadījumā, tāpat kā anaerobās šūnās, notiek pirūnskābes reducēšanās līdz laktātam.

Tas izskaidro to, kas notiek intensīvas fiziskās slodzes laikā, kuras laikā tiek aktivizēta glikolīze un NADH veidošanās, kur šo NADH izmanto pirūtskābes reducēšanā pienskābē. Tas noved pie pienskābes uzkrāšanās muskuļos un līdz ar to sāpēm.

Tas notiek arī eikariotu šūnās, piemēram, pienskābes baktērijās; tāds ir laktobacillus gadījums. Piruvīnskābes pārvēršanu pienskābē katalizē pienskābes dehidrogenāzes enzīms, kas kā koenzīmu izmanto NADH.

Alkoholiskā fermentācija

Piruvīnskābe, cita starpā, tiek pakļauta alkoholiskai fermentācijai. Pirmajā posmā pirūnskābe tiek pakļauta dekarboksilēšanai, iegūstot acetaldehīda savienojumu. Šo reakciju katalizē enzīma piruvāta dekarboksilāze.

Pēc tam acetaldehīdu pārveido etanolā reakcijā, ko katalizē spirta dehidrogenāzes enzīms, kas NADH izmanto kā koenzīmu.

Antioksidantu funkcija

Piruvīnskābei ir antioksidanta funkcija, tādējādi novēršot reaktīvās skābekļa sugas, piemēram, ūdeņraža peroksīdu un lipīdu peroksīdus. Pirevīnskābes suprafizioloģiskais līmenis var palielināt šūnā samazinātā glutationa koncentrāciju.

Lietojumprogrammas

Lietošana medicīnā

Piruvīnskābei ir inotropiska iedarbība uz sirds muskuli, tāpēc tās ievadīšana vai infūzija intrakoronārā ceļā palielina muskuļu kontrakcijas spēju vai spēku.

Tomēr jāņem vērā daži šīs procedūras toksiskie efekti, jo bērns, kurš intravenozi saņēma piruvātu ierobežojošas kardiomiopātijas ārstēšanai, izraisīja nāvi.

Starp iespējamiem mehānismiem, lai izskaidrotu pirūnskābes inotropo efektu, ir ATP veidošanās palielināšanās un ATP fosforilēšanas potenciāla palielināšanās. Vēl viens izskaidrojums ir piruvāta dehidrogenāzes aktivizēšana.

Piruvīnskābe jau sen tiek pārdota kā izmantojams savienojums svara zaudēšanai. Tomēr vairākos pētījumos ir pierādīts, ka, kaut arī tas ietekmē svara samazināšanu, tas ir mazs, un tā lietošana šim nolūkam nav ieteicama.

Turklāt ir pierādījumi, ka piecu gramu pirūnskābes uzņemšana dienā kaitīgi ietekmē gremošanas sistēmu, par ko liecina diskomforts vēderā un vēdera kropļojumi, gāze un caureja.

Tika novērots arī zema blīvuma lipoproteīnu (ZBL) holesterīna līmeņa paaugstināšanās, ko uzskata par “slikto holesterīnu”.

Citi lietojumi

Piruvīnskābe tiek izmantota kā pārtikas aromatizētājs. Tas kalpo arī kā izejviela L-triptofāna, L-tirozīna un 3,4-dihidrofenilalanīna sintēzei dažādās nozarēs.

Atsauces

1. Mathews, CK, Van Holde, KE un Ahern, KG (2004). Bioķīmija. 3. izdevums. Redakcija Pearson Educación, SA
2. Nacionālais biotehnoloģijas informācijas centrs. (2019. gads). Piruvīnskābe. PubChem datu bāze. CID = 1060. Atgūts no: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
3. Ķīmiskā grāmata. (2017). Piruvīnskābe. Atgūts no: chemicalbook.com
4. Enciklopēdijas Britannica redaktori. (2018. gada 16. augusts). Piruvīnskābe. Encyclopædia Britannica. Atgūts no: britannica.com
5. Narkotiku banka. (2019. gads). Piruvīnskābe. Atgūts no: drugbank.ca
6. Wikipedia. (2019. gads). Piruvīnskābe. Atgūts no: en.wikipedia.org