Piruvinė rūgštis: apibrėžimas, funkcijos ir metabolizmas
Piruvinė rūgštis: esminis metabolizmo centras — apibrėžimas, funkcijos ir transformacijos (gliukolizė, fermentacija, citrinos rūgšties ciklas, aminorūgščių ir riebalų sintezė).
Piruvinė rūgštis yra paprasčiausia keto rūgštis, turinti karboksirūgšties ir ketono funkcinę grupę. Cheminė formulė dažniausiai rašoma CH3COCOOH (C3H4O3), molinė masė ~88,06 g·mol−1. Piruvatas, konjuguota bazė, yra centrinis metabolinis tarpininkas ir dalyvauja daugelyje medžiagų apykaitos cheminių reakcijų. Piruvatas yra svarbus biochemijos cheminis junginys, nes jo cheminės savybės (tai alfa-keto rūgštis) daro jį reaguojančiu substratu transaminacijoms, dekarboksilinimui ir oksidacijos-redukcijos reakcijoms.
Cheminės savybės ir reaktivumas
Piruvinė rūgštis yra alfa-keto rūgštis, kuri gali egzistuoti keto–enolio tautomeriškumo būsenoje. Karboksilo grupė yra rūgšti (pKa maždaug 2,5), todėl biologinėse sistemose ji dažniausiai būna deprotonuota kaip piruvatas. Dėl elektronegatyvios ketono grupės anglies (alfa‑pozicijoje) šis junginys yra aktyvus elektrofilas — jis lengvai dalyvauja dekarboksilinimo ir transaminacijos reakcijose.
Vieta ląstelėje ir gamyba
Glikolizės metu iš gliukozės molekulės citoplazmoje susidaro piruvatas: viena gliukozės molekulė skyla į dvi piruvato molekules ir gliukolizės metu duodama energijos (grynasis pelnas – 2 ATP ir 2 NADH vienai gliukozės molekulei). Piruvatas vėliau gali tiekoti energiją ir atomus gyvūnams, augalams ir mikroorganizmams, priklausomai nuo ląstelės tipo ir deguonies prieinamumo.
Piruvato galimos transformacijos
- Oksidacinė dekarboksilinimas iki acetil‑CoA: mitochoondrijose piruvatas pernešamas per mitochondrijų piruvato nešiklį (MPC) ir veikiant piruvato dehidrogenazės kompleksui (PDH) yra paverčiamas acetil‑CoA, kuris patenka į citrinų rūgšties ciklą, o taip gaunama daug ATP per oksidacinį fosforilinimą.
- Karboksilinimas į oksaloacetatą: veikiant piruvato karboksilazei, piruvatas gali būti paverčiamas oksaloacetatu, kuris yra būtinas metabolinei cheminė reakcijai, vadinamai gliukoneogeneze, jis vėl virsta angliavandeniais (pvz., gliukoze) arba panašia reakcija - riebalų rūgštimis.
- Transaminacija į alaniną: per alanino aminotransferazę (ALT) piruvatas gali priimti amino grupę ir virsti alaninas, taip dalyvaujant azoto mainuose tarp audinių ir kepenų.
- Horizontali redukcija iki laktato: esant mažam deguonies kiekiui arba intensyviai raumenų veiklai, piruvatas redukuojamas iki laktato fermento fermentacijos metu (L‑dehidrogenazės veikla) ir susidaro laktatas (fermentacija).
- Fermentacinės perėjimo reakcijos mikroorganizmams: kai kurie mikroorganizmai dekabsoksilina piruvatą iki acetaldehido ir vėliau iki etanolio, arba paverčia jį įvairiomis kitomis rūgštimis ir alkoholiams.
Fiziologinė reikšmė ir klinikiniai aspektai
Piruvatas yra kryžkelė tarp katabolinių (energiją generuojančių) ir anabolinių (statybinių) kelių: iš jo gaminami angliavandeniai, riebalai ir tam tikros aminorūgštys. Klinikinėje praktikoje piruvato ir laktato koncentracijų santykis kraujyje (laktato/piruvato santykis) bei padidėjęs laktatas gali rodyti mitochondrines disfunkcijas, hipoksiją ar fermentų (pvz., PDH ar piruvato karboksilazės) trūkumą. Taip pat vėžinėse ląstelėse dažnai pastebimas padidėjęs gliukozės skilimas ir laktato gamyba net esant deguoniui (Warburgo efektas), todėl piruvatas yra svarbus ir onkologinės metabolikos tyrimuose.
Reikšmė biotechnologijoje ir pramonėje
Piruvatas ir jo transformacijos yra pagrindas įvairioms fermentacinėms technologijoms: alkoholio gamybai, pieno rūgšties gamybai, organinių rūgščių sintezei ir kt. Mikroorganizmai gali skirtis pagal tai, kokius produktus gamina iš piruvato (laktatą, etanolį, acetatą, propionatą, butiratą ir kt.).
Apibendrinant, piruvinė rūgštis (piruvatas) yra universalus ir dinamiškas metabolinis tarpininkas: ji jungia glikolizę, TCA ciklą, gliukoneogenezę, aminorūgščių biosintezę ir įvairias fermentacines reakcijas, todėl yra būtina ląstelių energetikai ir biosintezei.
Klausimai ir atsakymai
K: Kas yra piruvo rūgštis?
A: Piruvo rūgštis yra paprasčiausia keto rūgštis, turinti karboksirūgšties ir ketono funkcinę grupę. Jos konjuguota bazė - piruvatas - yra svarbi kelių medžiagų apykaitos cheminių reakcijų dalis.
K: Kaip galima pagaminti piruvo rūgštį?
A: Glikolizės būdu iš gliukozės galima pasigaminti piruvo rūgšties. Viena gliukozės molekulė skyla į dvi piruvato molekules.
K.: Kokios yra kai kurios piruvo rūgšties panaudojimo sritys?
A: Kai yra deguonies (aerobinis kvėpavimas), piruvo rūgštis suteikia energiją ląstelėms per citrinos rūgšties ciklą, o kai trūksta deguonies, iš jos susidaro laktatas (fermentacija). Ji taip pat gali būti naudojama aminorūgščiai alaninui gaminti, o fermentacijos metu gali būti paversta etanoliu arba pieno rūgštimi.
K: Kaip gliukoneogenezė susijusi su piruvatu?
A: Gliukoneogenezė yra metabolinė cheminė reakcija, kurios metu piruvatas vėl paverčiamas angliavandeniais, pavyzdžiui, gliukoze.
K: Kaip riebalų rūgštys susijusios su piruvatu?
A.: Riebalų rūgštys gali susidaryti vykstant panašiai reakcijai kaip ir gliukoneogenezėje, kai piruvatas paverčiamas riebalų rūgštimis.
Ieškoti