PIRUVAT: PROPRIETĂȚI, SINTEZĂ, ROL BIOLOGIC, APLICAȚII - CHIMIE - 2025

Piruvatul sau acidul piruvic este cel mai simplu ketoacid. Are o moleculă de trei carbon cu o grupare carboxil adiacentă unui carbon cetonic. Acest compus este produsul final al glicolizei și constituie o răscruce pentru dezvoltarea a numeroase procese metabolice.

Glicoliza este o cale metabolică care descompune glucoza. Este format din zece etape în care o moleculă de glucoză este transformată în două molecule de piruvat, cu generarea netă a două molecule de ATP.

Scheletul moleculei de acid piruvic. Sursa: Lukáš Mižoch

În primele cinci etape ale glicolizei există un consum de două molecule de ATP pentru producerea de zaharuri fosfat: glucoză-6-fosfat și fructoză-1,6-bifosfat. În ultimele cinci reacții ale glicolizei, se generează energie și patru molecule de ATP.

Acidul piruvic este produs din acid fosfenolpiruvic sau fosfenolpiruvat, într-o reacție catalizată de enzima piruvat kinază; o enzimă care necesită Mg ²⁺ și K ⁺ . În timpul reacției are loc producerea unei molecule de ATP.

Acidul piruvic produs poate fi utilizat în diferite evenimente biochimice; în funcție de faptul dacă glicoliza a fost efectuată în condiții aerobe sau în condiții anaerobe.

În condiții aerobe, acidul piruvic este transformat în acetilCoA, iar acesta este încorporat în ciclul Krebs sau acizii tricarboxilici. Glucoza sfârșește transformându-se în timpul lanțului de transport electronic, proces care se produce după glicoliză, în dioxid de carbon și apă.

În condiții anaerobe, acidul piruvic este transformat în lactat prin acțiunea enzimei lactice dehidrogenază. Acest lucru apare la organismele mai mari, inclusiv mamiferele și bacteriile din lapte.

Cu toate acestea, drojdiile fermentează acidul piruvic în acetaldehidă prin acțiunea enzimei piruvat decarboxilază. Acetaldehida este transformată ulterior în etanol.

Proprietăți

Formulă moleculară

C ₃ H ₄ O ₃

Denumiri chimice

-Acid piruvic,

-Acidul piroacemic și

-2-oxopropionic (numele IUPAC).

Masă molară

88,062 g / mol.

Descriere Fizica

Lichid incolor, care poate fi, de asemenea, de culoare galbenă sau ambră.

Miros

Miros pungent similar acidului acetic.

Punct de fierbere

54 ° C.

Punct de topire

13.8 ° C

Densitate

1,272 g / cm ³ la 20 ° C

Solubilitatea apei

10 ⁶ mg / L la 20 ° C; sau ceea ce este același, generează o soluție cu o concentrație molară de 11,36 M.

Presiunea de vapori

129 mmHg.

Coeficient de partiție octanol / apă

Jurnal P = -0,5

Aciditate

pKa = 2,45 la 25 ºC

Indicele de refracție

η20D = 1.428

Temperatura de depozitare

2 - 8 ºC

pH

1,2 la o concentrație de 90 g / L de apă la 20 ºC.

Stabilitate

Stabil, dar combustibil. Incompatibil cu agenți de oxidare puternici și baze puternice. Se polimerizează și se descompune în timpul depozitării dacă recipientul nu îl protejează de aer și lumină.

Pragul de aromă

5 ppm.

Sinteză

Se prepară prin încălzirea acidului tartric cu bisulfat de potasiu topit (KHSO ₄ ), la o temperatură de 210 ° C - 220 ° C. Produsul de reacție este purificat prin distilare fracțională sub presiune redusă.

Drojdile auxotrofice de tiamina sunt capabile să sintetizeze acidul piruvic atunci când sunt cultivate în glicerol și acid propionic. Acidul piruvic are un randament de 71% din glicerol.

Acidul piruvic este produs și prin oxidarea propilenglicolului cu un oxidant cum ar fi permanganatul de potasiu.

Rolul biologic

destinaţii

Acidul piruvic nu este un nutrient esențial, deoarece este produs în toate organismele vii; de exemplu, un măr roșu conține 450 mg din acest compus, ceea ce constituie o răscruce pentru dezvoltarea diferitelor procese metabolice.

Când se formează în timpul glicolizei, acesta poate avea mai multe destinații: să devină acetilCoA pentru a fi utilizat în ciclul Krebs; se transformă în acid lactic; sau în aminoacizi.

În plus, acidul piruvic poate fi încorporat, fără a fi necesară transformarea în acetilCoA, în ciclul Krebs printr-o cale anaplerotică.

Conversia în acetilCoA

În conversia acidului piruvic în acetilCoA are loc decarboxilarea acidului piruvic, iar grupa acetil rămas se combină cu coenzimaA pentru a forma acetilCoA. Este un proces complex catalizat de enzima piruvat dehidrogenază.

Această enzimă formează un complex cu alte două enzime pentru a cataliza sinteza acetilCoA: dihidrolipoamidă transacetilază și dihidrolipoamidă dehidrogenază. În plus, la sinteză participă cinci coenzime: pirofosfat de tiamină, acid lipoic, FADH ₂ , NADH și CoA.

În cazurile de deficit de vitamina B ₁ (tiamina), acidul piruvic se acumulează în structurile nervoase. În plus față de acetilCoA provenind din acidul piruvic, cel din metabolizarea aminoacizilor și din oxidarea β a acizilor grași este utilizat în ciclul Krebs.

Acetilul CoA cu două carbonuri se combină cu oxaloacetatul de patru carbon pentru a forma citratul de șase carbon. Acest eveniment este urmat de o secvență de reacții, care împreună se numesc ciclul Krebs sau ciclul acidului tricarboxilic.

Ciclul Krebs

În ciclul Krebs _{sunt produse} coenzimele NADH și FADH ₂ , care sunt utilizate într-o secvență de reacții în care sunt implicate proteine ​​numite citocrome. Acest set de reacții se numește lanț de transport electronic.

Lanțul de transport al electronilor este cuplat la fosforilarea oxidativă, o activitate metabolică în care este produs ATP. Pentru fiecare moleculă de glucoză metabolizată prin glicoliză, lanț de transport de electroni și fosforilare oxidativă, sunt produse un total de 36 de molecule de ATP.

Conversia la oxaloacetat

Acidul piruvic, într-o reacție anaplerotică, este carboxilat la oxaloacetat, unind ciclul Krebs. Reacțiile anaplerotice furnizează componentele ciclurilor metabolice, prevenind epuizarea acestora. Conversia acidului piruvic în oxaloacetat depinde de ATP.

Această reacție anaplerotică are loc mai ales în ficatul animalelor. Acidul piruvic este de asemenea încorporat în ciclul Krebs, transformându-se în malat, într-o reacție anaplerotică catalizată de enzima malică folosind NADPH ca coenzimă.

Conversia la alanină

Acidul piruvic în condiții de înfometare suferă încorporarea unei grupe amino din acidul glutamic în mușchi, transformându-se astfel în aminoacidul alanină. Această reacție este catalizată de enzima alanină aminotransferază.

Alanina trece în sânge și procesul invers are loc în ficat, transformând alanina în acid piruvic, iar la rândul său, produce glucoză. Această secvență de evenimente se numește Ciclul Cahill.

Conversia la lactat

În celulele aerobe cu o rată mare de glicoliză, moleculele NADH sintetizate nu sunt transformate în mod adecvat în molecule NAD în oxidarea mitocondrială. Prin urmare, în acest caz, ca și în celulele anaerobe, are loc reducerea acidului piruvic la lactat.

Cele de mai sus explică ce se întâmplă în timpul unui exercițiu intens, în timpul căruia sunt activate glicoliza și producerea de NADH, unde acest NADH este utilizat pentru reducerea acidului piruvic în acid lactic. Aceasta duce la acumularea de acid lactic în mușchi și, prin urmare, durere.

Acest lucru apare și în celulele eucariote, cum ar fi bacteriile cu acid lactic; este cazul lactobacilului. Conversia acidului piruvic în acid lactic este catalizată de enzima lactică dehidrogenază care folosește NADH ca coenzimă.

Fermentarea alcoolică

Acidul piruvic, printre alte destinații, suferă fermentație alcoolică. Într-o primă etapă, acidul piruvic suferă decarboxilare, dând naștere la compusul acetaldehidă. Această reacție este catalizată de enzima piruvat decarboxilază.

Ulterior, acetaldehida este transformată în etanol, într-o reacție catalizată de enzima dehidrogenază alcoolică care folosește NADH ca coenzimă.

Funcția antioxidantă

Acidul piruvic are o funcție antioxidantă, eliminând astfel speciile reactive de oxigen, cum ar fi peroxidul de hidrogen și peroxizii lipidici. Nivelurile suprafiziologice ale acidului piruvic pot crește concentrația glutationului redus celular.

Aplicații

Utilizări medicale

Acidul piruvic are un efect inotrop asupra mușchiului cardiac, astfel încât injecția sau perfuzia acestuia pe calea intracoronară crește contractilitatea sau puterea contracției musculare.

Cu toate acestea, trebuie luate în considerare unele efecte toxice ale acestei proceduri, deoarece un copil care a primit piruvat intravenos pentru tratamentul cardiomiopatiei restrictive a dus la deces.

Printre posibilele mecanisme de explicare a efectului inotrop al acidului piruvic se numără o creștere a generarii de ATP și o creștere a potențialului de fosforilare a ATP. O altă explicație este activarea piruvatului dehidrogenazei.

Acidul piruvic a fost vândut mult timp ca un compus utilizabil pentru pierderea în greutate. Dar, în mai multe studii, s-a demonstrat că, deși are un efect asupra reducerii greutății, este mic și nu este recomandat în acest scop.

În plus, există dovezi că aportul de cinci grame de acid piruvic / zi are un efect nociv asupra sistemului digestiv, evidențiat de disconfort abdominal și denaturare abdominală, gaze și diaree.

De asemenea, a fost observată o creștere a colesterolului cu lipoproteină de densitate mică (LDL), considerată „colesterolul rău”.

Alte utilizări

Acidul piruvic este utilizat ca agent aromatizant alimentar. De asemenea, servește ca materie primă pentru sinteza L-triptofanului, L-tirozinei și 3,4-dihidrofenilalaninei în diverse industrii.

Referințe

1. Mathews, CK, Van Holde, KE și Ahern, KG (2004). Biochimie. Ediția a III-a. Editorial Pearson Educación, SA
2. Centrul Național de Informații Biotehnologice. (2019). Acid piruvic. Baza de date PubChem. CID = 1060. Recuperat din: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
3. Carte chimică. (2017). Acid piruvic. Recuperat din: chemicalbook.com
4. Redactorii Encyclopaedia Britannica. (16 august 2018). Acid piruvic. Encyclopædia Britannica. Recuperat de la: britannica.com
5. Drugbank. (2019). Acid piruvic. Recuperat de la: drugbank.ca
6. Wikipedia. (2019). Acid piruvic. Recuperat de la: en.wikipedia.org