— органическая кислота, первая из ряда α-кетокислот, то есть содержит кетогруппы в α-положении по отношению к карбоксильной. Анион пировиноградои кислоты называется пируват и является одной из ключевых молекул во многих метаболических путях. В частности пируват образуется как конечный продукт гликолиза, и при аэробных условиях может быть дальше окисленный до ацетил-кофермента А, который вступает в цикл Кребса. В условиях недостатка кислорода и пируват превращается в реакциях брожения.

Пировинградна кислота также является исходным веществом для глюконеогенеза — процесса обратного к гликолиза. Она является промежуточным метаболитом в обмене многих аминокислот, а у бактерий используется как предшественник для синтеза некоторых из них.

Физические и химические свойства

Пировиноградная кислота — это бесцветная жидкость с запахом похожим на запах уксусной кислоты, смешивается с водой в любых пропорциях.

Для пировиноградной кислоты характерны все реакции карбонильной и карбоксильной групп. Из-за их взаимное влияние друг на друга реакционная способность обоих групп усиливается, также это приводит к облегченной реакции декарбоксилирования (отщепление карбоксильной группы в форме углекислого газа) в присутствии серной кислоты или при нагревании.

Пировиноградная кислота может существовать в форме двух таутомерив енольная и кето, преобразования которых друг в друга легко происходит без участия ферментов. При pH среды 7 преобладает кетонная форма.

Биохимия

Реакции образования пирувата

Значительная часть пирувата в клетках образуется как конечный продукт гликолиза. В последний (десятый) реакции этого метаболического пути фермент пируваткиназа катализирует перенос фосфатной группы фосфоэнолпируват на АДФ (субстратно фосфорилирования), в результате чего образуется АТФ и пируват в енольная форме, быстро таутомеризуеться в кетонную. Реакция происходит в присутствии ионов калия и магния или марганца. Процесс выражено екзергоничний, стандартная изменение свободной энергии ΔG 0 = -61,9 кДж / моль, вследствие чего реакция необратима. Примерно половина высвобожденной энергии запасается в форме фосфодиестерного связи АТФ.

Также до пирувата метаболизмують шесть аминокислот:

• Аланин — в реакции трансаминирования с α-кетоглутаратом, катализируемой Аланинаминотрансфераза в митохондиях;
• Триптофан — в 4 шага превращается в аланина, затем происходит переаминирования;
• Цистеин — в двух шагах: на первом отщепляется сульфгидрильная группа, второй — переаминирования;
• Серин — в реакции, катализируемой сериндегидратазою;
• Глицин — только один из трех возможных путей деградации, только один заканчивается пирувата. Преобразование происходит через серин в два этапа;
• Треонин — образование пирувата один из двух путей деградации, осуществляется через преобразования в глицин, а затем — серин).

Эти аминокислоты относятся к глюкогенных, то есть таких, из которых в организме млекопитающих из них может синтезироваться глюкоза в процессе глюконеогенеза.

Преобразование пирувата

По аербних условий в клетках эукариот пируват, образованный в гликолизе и других метаболических реакциях, транспортируется в митохондрии (если не синтезируется сразу в этой органеллы, как в случае переаминирования аланина). Здесь он превращается одним из двух возможных путей: либо вступает в реакцию окислительного декарбоксилирования, продуктом которой является ацетлы-кофермент А, или каброксилюеться к оксалоацетата, который является исходным молекулой для глюконеогенеза.

Окислительное декарбоксилирование пирувата осуществляется пируватдегидрогеназного мультиэнзимных комлпекс, в состав которого входят три различные ферменты и пять коферментов. В этой реакции от молекулы пирувата отщепляется карбоксильная группа в форме CO 2, образованный остаток уксусной кислоты переносится на кофермент А, также восстанавливается одна молекула НАД:

Суммарная стандартная изменение свободной энергии составляет ΔG 0 = -33,4 кДж / моль. Образованный НАДH переносит пару электронов в дыхательная цепь переноса электронов, что дает в конечном результате энергию для синтеза 2,5 молекул АТФ. Ацетил-КоА вступает в цикл Кребса или используется для других целей, например для синтеза жирных кислот.

Большинство клеток в условиях достаточного количества жирных кислот используют их, а не глюкозу, как источник энергии. Вследствие β-окснення жирных кислот концентрация ацетил-КоА в митохондриях значительно повышается, и это вещество действует как негативный модулятор пируватдекарбоксилазного комплекса. Похожий эффект наблюдается в случае, когда энергетические потребности клетки низкие: в таком случае увеличивается концентрация НАДH по сравнению с НАД +, что приводит к подавлению цикла Кребса и накопления ацетил-КоА.

Ацетил-кофермент А одновременно действует как положительный аллостерический модулятор для пируваткарбоксилазы, которая катализирует превращение пирувата в оксалоацетата с гидролизом одной молекулы АТФ:

Поскольку оксалоацетат не может транспортироваться через внутреннюю мембрану митохондрий вследствие отсутствия соответствующего переносчика, он восстанавливается до малата, переносится в цитозоль, где снова окисляется. На оксалоацетат действует фермент фосфоенолпируваткарбоксикиназа, что превращает его в фосфоэнолпируват, используя для этого фосфатную группу ГТФ:

Как видно, эта сложная последовательность реакций обратной к последней реакции гликолиза, и соответственно первой реакцией глюконеогенеза. Такой обходной путь используется, потому что преобразования фосфоэнолпируват до пирувата очень екзергонична необорона реакция.

В эукариотических клетках с анаэробных условиях (например в очень активных скелетных мышцах, погруженных в воду растительных тканях и солидных опухолях), а также в молочнокислых бактерий, происходит процесс молочнокислого брожения, при котором пируват является конечным акцептором электронов. Принимая пару электронов и протонов от НАДH пировиноградная кислота восстанавливается до молочной, катализирует реакцию лактатдегидрогеназа (ΔG 0 = -25,1 кДж / моль).

Эта реакция необходима для регенерации НАД +, необходимого для протекания гликолиза. Несмотря на то, что суммарно в процессе молочнокислого брожения не происходит окисления глюкозы (соотношение C: H как для глюкозы, так и для молочной кислоты равно 1: 2), выделенной энергии достаточно для синтеза двух молекул АТФ.

Пируват является исходным веществом и для других типов брожения, таких спиртовое, маслянокислое, пропионовокислое т.

В организме человека пируват может использоваться для биосинтеза заменяемой аминокислоты аланина путем переаминирования с глутамата (обратная реакция описанной выше переаминирования между аланином и α-кетоглутаратом). У бактерий он участвует в метаболических путях образования таких незаменимых для человека аминокислот как валин, лейцин, изолейцин а также лизин.

Уровень пирувата в крови

В норме уровень пирувата в крови колеблется в пределах 0,08-0,16 ммоль / л. Само по себе увеличение или уменьшение этого значения не является диагностическим признаком. Обычно измеряют соотношение между концентрацией лактата и пирувата (Л: П). Зачення Л: П> 20 может свидетельствовать о врожденных расстройства елекротнтранспортного цепи, цикла Кребса, или недостатка пируваткарбоксилазы. Л: П <10 может быть признаком дефектности пируватдегдрогеназного комплекса. Также проводят измерения Л: П в спинномозговой жидкости, как один из тестов для диагностики нейрологических нарушений.

Реактивы и оборудование: винная кислота (кристалл), кислый сернокислый натрий (безводный).

В ступке готовят смесь винной кислоты и кислого сернокислого натрия примерно в соотношении 3:1. Тщательно растертую смесь помещают в пробирку, которую закрывают пробкой с отводной трубкой, к которой подводят пробирку – приёмник. Смесь осторожно нагревают до плавления, и образовавшуюся пировиноградную кислоту отгоняют в пробирку – приёмник.

Осторожно! Следить, чтобы при вспенивании реакционной смеси не происходило перебрасывания и не забивалась газоотводная трубка. Перегонку заканчивают, когда в приёмнике соберется 0,5 – 1 мл жидкости. Её испытывают лакмусовой бумажкой (какой?), разбавляют двойным количеством воды и сохраняют для опыта №5.

Уравнение реакции:

Опыт 5. Получение фенилгидразона пировиноградной кислоты.

Реактивы и оборудование: пировиноградная кислота – раствор, полученный в опыте №4, фенилгидразин уксуснокислый – раствор.

К раствору пировиноградной кислоты прибавляют 1 – 1,5 мл раствора уксуснокислого фенилгидразина. Что происходит? Почему? Какие свойства пировиноградной кислоты характеризует эта реакция?

Уравнение реакции:

Опыт 6. Свойства ацетоуксусного эфира

Реактивы и оборудование: ацетоуксусный эфир, бромная вода (насыщенная), 2%-ный раствор хлорида железа (III), пробирки.

В про­бирку вносят 1-2 капли ацетоуксусного эфира и приливают 2 мл дистиллированной воды. Смесь энергично перемешивают и до­бавляют 1 каплю 2%-ного раствора хлорида железа (III). Посте­пенно развивается фиолетовое окрашивание, которое свидетель­ствует о наличии енольной группы в растворе ацетоуксусного эфира. Хлорид железа (III) образует с енольной формой окрашенное ком­плексное соединение.

При добавлении нескольких капель бромной воды раствор обес­цвечивается, так как бром присоединяется по двойной связи, и гидроксильная группа утрачивает енольный характер:

Через некоторое время раствор вновь окрашивается в фиолето­вый цвет, так как связывание енольной формы нарушает динами­ческое равновесие, и часть оставшейся кетонной формы ацетоуксусного эфира переходит в енольную, образующую окрашенный комплекс с ионами Fe 3+ . При повторном добавлении бромной воды снова наблюдают обесцвечивание раствора с пос­ледующим возобновлением фиолетовой окраски. Этот процесс может продолжаться до полного замещения подвижных атомов водорода на бром, т.е. до получения дибромацетоуксусного эфи­ра, не способного к таутомерным превращениям.

Объясните, в каких случаях возможна кето-енольная таутомерия.

Опыт 7. Взаимодействие бензойной, коричной и салициловой кислот с бромной водой

Реактивы и оборудование: насыщенные растворы бензойной, ко­ричной и салициловой кислот, бромная вода (насыщенная); пипетки, пробирки.

В три пробирки наливают по 1-2 мл насыщенных растворов бензойной, коричной и салициловой кислот. В каждую пробирку добавляют по несколько капель насыщенной бромной воды. В про­бирке с бензойной кислотой бромная вода не обесцвечивается, коричная и салициловая кислоты обесцвечивают бром­ную воду:

Опишите механизмы данных реакций. Объясните, почему бен­зойная кислота не взаимодействует с бромом при данных условиях.

Известно ли вам такое химическое соединение под названием «пировиноградная кислота»? Это весьма важное для человеческого организма вещество, которое играет значимую роль во многих процессах биосинтеза и содержится в тканях и органах человека. Оно представляет собой органическую кетокислоту. Причем одновременно является и и кетоном, а образование ее зависит от условий и места процесса. Как кислота, она образует соли (пируваты) и амиды, но чаще всего используется как пируваты.

Пировиноградная кислота возникает при синтезе или распаде аминокислот. Она является конечным продуктом метаболизма глюкозы или, точнее, самого процесса гликолиза. Пировиноградная кислота - это основа многих метаболических процессов живой клетки. У нее особая биохимическая роль, поскольку она является важным звеном в белковом обмене клетки. Эта кислота в органах и тканях обнаруживается повсеместно. Изменение ее количества происходит при серьезных заболеваниях почек, печени, авитаминозах, но особенно при дефиците витамина В1. Она присутствует в крови человека, а ее норма составляет 1 мг, в моче обнаруживается в норме до 2 мг этого вещества.

При воздействии на нее кислородом она может превратиться в ацетил-кофермент А, который является основой реакции цикла Кребса (дыхательного цикла). И наоборот, если кислорода недостаточно, пировиноградная кислота расщепляется, а в результате образуется (у животных) и этанол (у растений). Ее особенность состоит и в том, что кислота представляет собой промежуточный продукт расщепления сахаров при процессе спиртового брожения. Если ее поместить в водный раствор с наличием дрожжей, то произойдет процесс разложения, и получится ацетальдегид и

Что такое пировиноградная кислота? Формула ее может быть выражена следующим образом: СН3СОСООН. Способом ее получения является нагревание виноградной кислоты. Известны также и другие способы: через нитрил из ацетилхлорида, пиролизом или при окислении оксикислоты.

Что же она представляет собой, если рассмотреть ее визуально? Прежде всего, это жидкость с характерным запахом Она закипает при температуре +165°С и растворяется в спирте, воде и эфире. Пировиноградная кислота, формула которой СН3СОСООН, интенсивно изучается учеными.

Было обнаружено, что она в большом количестве находится в цитрусовых фруктах, а также в меде. Есть у этого вещества одно интересное применение, которое получило распространение только в последние годы. У косметологов оно получило название «пировиноградный пилинг», который является аналогом молочного и альтернативой салициловому. Эта разновидность пилинга может быть поверхностной или сильной по своему воздействию. Его используют, когда возрастные изменения очевидны и необходимы более серьезные процедуры. Это касается в первую очередь глубоких морщин, а также местного утолщения кожи.

Пировиноградный пилинг - это весьма эффективное действие кислоты на глубокий, сосочковый слой кожи. Он стимулирует фибробласты к выработке коллагена, эластина и ведь именно они обеспечивает молодость, привлекательный вид коже, делают лицо более свежим и очень ухоженным.

Косметолог, как правило, назначает для поверхностных пилингов от 4 до 7 процедур с небольшим интервалом (от 7 до 14 дней). Для пилинга средней интенсивности режим несколько иной: от 2 до 4-х процедур, промежуток между которыми уже составит от 21 до 28 дней. Учтите, что при процедурах средней интенсивности необходимо время, чтобы кожа восстановилась. Это происходит приблизительно через 4 дня, а может быть и позже, в зависимости от типа кожи. Если процедуры принимаются летом, не забудьте использовать для выхода на улицу крем с высоким светозащитным фильтром.

Пировиноградная кислота (ПВК, пируват) является продуктом окисления глюкозы и некоторых аминокислот. Ее судьба различна в зависимости от доступности кислорода в клетке. В анаэробных условиях она восстанавливается до молочной кислоты . В аэробных условиях пируват симпортом с ионами Н + , движущимися по протонному градиенту, проникает в митохондрии. Здесь происходит его превращение до уксусной кислоты , переносчиком которой служит коэнзим А.

Пируватдегидрогеназный мульферментный комплекс

Суммарное уравнение отражает окислительное декарбоксилирование пирувата, восстановление НАД до НАДН и образование ацетил-SKoA.

Суммарное уравнение окисления пировиноградной кислоты

Превращение состоит из пяти последовательных реакций, осуществляется мультиферментным комплексом , прикрепленным к внутренней митохондриальной мембране со стороны матрикса. В составе комплекса насчитывают 3 фермента и 5 коферментов:

• Пируватдегидрогеназа (Е 1 , ПВК-дегидрогеназа), ее коферментом является тиаминдифосфат (ТДФ), катализирует 1-ю реакцию.
• Дигидролипоат-ацетилтрансфераза (Е 2), ее коферментом является липоевая кислота , катализирует 2-ю и 3-ю реакции.
• Дигидролипоат-дегидрогеназа (Е 3), кофермент – ФАД , катализирует 4-ю и 5-ю реакции.

Помимо указанных коферментов, которые прочно связаны с соответствующими ферментами, в работе комплекса принимают участие коэнзим А и НАД .

Суть первых трех реакций сводится к декарбоксилированию пирувата (катализируется пируватдегидрогеназой, Е 1), окислению пирувата до ацетила и переносу ацетила на коэнзим А (катализируется дигидролипоамид-ацетилтрансферазой, Е 2).

Реакции синтеза ацетил-SКоА

Оставшиеся 2 реакции необходимы для возвращения липоевой кислоты и ФАД в окисленное состояние (катализируются дигидролипоат-дегидрогеназой, Е 3). При этом образуется НАДН.

Реакции образования НАДН

Регуляция пируватдегидрогеназного комплекса

Регулируемым ферментом ПВК-дегидрогеназного комплекса является первый фермент – пируватдегидрогеназа (Е 1). Два вспомогательных фермента – киназа и фосфатаза обеспечивают регуляцию активности пируватдегидрогеназы путем ее фосфорилирования и дефосфорилирования .

Вспомогательный фермент киназа активируется при избытке конечного продукта биологического окисления АТФ и продуктов ПВК-дегидрогеназного комплекса – НАДН и ацетил-S-КоА . Активная киназа фосфорилирует пируватдегидрогеназу, инактивируя ее, в результате первая реакция процесса останавливается.

Фермент фосфатаза , активируясь ионами кальция или инсулином , отщепляет фосфат и активирует пируватдегидрогеназу.

Регуляция активности пируватдегидрогеназы

Таким образом, работа пируватдегидрогеназы подавляется при избытке в митохондрии (в клетке) АТФ и НАДН , что позволяет снизить окисление пирувата и, следовательно, глюкозы в случае когда энергии достаточно.

Пировиноградная кислота
Pyruvic-acid-3D-balls.png
Общие
Систематическое наименование	2-оксопропановая кислота
Сокращения	Пируват
Традиционные названия	α-кетопропионовая кислота, пировиноградная кислота, пируват
Хим. формула	C 3 H 4 O 3
Физические свойства
Молярная масса	88,06 г/моль
Плотность	1,250 г/см³
Термические свойства
Т. плав.	11,8 °C
Т. кип.	165 °C
Химические свойства
pK a	2,50
Классификация
Рег. номер CAS	127-17-3
SMILES
Приводятся данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа) , если не указано иного.

Пировиноградная кислота - химическое соединение с формулой СН 3 СОСООН, органическая кетокислота .

Биохимическая роль

Пируваты (соли пировиноградной кислоты) - важные химические соединения в биохимии . Они являются конечным продуктом метаболизма глюкозы в процессе гликолиза . Одна молекула глюкозы превращается при этом в две молекулы пировиноградной кислоты. Дальнейший метаболизм пировиноградной кислоты возможен двумя путями - аэробным и анаэробным.

В условиях достаточного поступления кислорода пировиноградная кислота превращается в ацетил-кофермент А , являющийся основным субстратом для серии реакций, известных как цикл Кребса , или дыхательный цикл, цикл трикарбоновых кислот . Пируват также может быть превращён в анаплеротической реакции в оксалоацетат . Оксалоацетат затем окисляется до углекислого газа и воды. Эти реакции названы по имени Ханса Адольфа Кребса , биохимика, получившего вместе с Фрицем Липманном Нобелевскую премию по физиологии в 1953 году за исследования биохимических процессов клетки. Цикл Кребса называют также циклом лимонной кислоты , поскольку лимонная кислота является одним из промежуточных продуктов цепи реакций цикла Кребса.

Если кислорода недостаточно, пировиноградная кислота подвергается анаэробному расщеплению с образованием молочной кислоты у животных и этанола у растений и грибов. При анаэробном дыхании в клетках пируват, полученный при гликолизе, преобразуется в лактат при помощи фермента лактатдегидрогеназы и NADP в процессе лактатной ферментации, либо в ацетальдегид и затем в этанол в процессе алкогольной ферментации.

Пировиноградная кислота является «точкой пересечения» многих метаболических путей. Пируват может быть превращён обратно в глюкозу в процессе глюконеогенеза , или в жирные кислоты или энергию через ацетил-КоА , в аминокислоту аланин , или в этанол.

Напишите отзыв о статье "Пировиноградная кислота"

Примечания

См. также

• Метилглиоксаль - альдегид пировиноградной кислоты.

Ссылки

• // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). - СПб. , 1890-1907.
• George D. Cody, Nabil Z. Boctor, Timothy R. Filley, Robert M. Hazen, James H. Scott, Anurag Sharma, Hatten S. Yoder Jr., "Primordial Carbonylated Iron-Sulfur Compounds and the Synthesis of Pyruvate, " Science , 289 (5483) (25 August 2000) pp. 1337-1340.

Отрывок, характеризующий Пировиноградная кислота

Князь Андрей направился к двери, из за которой слышны были голоса. Но в то время, как он хотел отворить дверь, голоса в комнате замолкли, дверь сама отворилась, и Кутузов, с своим орлиным носом на пухлом лице, показался на пороге.
Князь Андрей стоял прямо против Кутузова; но по выражению единственного зрячего глаза главнокомандующего видно было, что мысль и забота так сильно занимали его, что как будто застилали ему зрение. Он прямо смотрел на лицо своего адъютанта и не узнавал его.
– Ну, что, кончил? – обратился он к Козловскому.
– Сию секунду, ваше высокопревосходительство.
Багратион, невысокий, с восточным типом твердого и неподвижного лица, сухой, еще не старый человек, вышел за главнокомандующим.
– Честь имею явиться, – повторил довольно громко князь Андрей, подавая конверт.
– А, из Вены? Хорошо. После, после!
Кутузов вышел с Багратионом на крыльцо.
– Ну, князь, прощай, – сказал он Багратиону. – Христос с тобой. Благословляю тебя на великий подвиг.
Лицо Кутузова неожиданно смягчилось, и слезы показались в его глазах. Он притянул к себе левою рукой Багратиона, а правой, на которой было кольцо, видимо привычным жестом перекрестил его и подставил ему пухлую щеку, вместо которой Багратион поцеловал его в шею.
– Христос с тобой! – повторил Кутузов и подошел к коляске. – Садись со мной, – сказал он Болконскому.
– Ваше высокопревосходительство, я желал бы быть полезен здесь. Позвольте мне остаться в отряде князя Багратиона.
– Садись, – сказал Кутузов и, заметив, что Болконский медлит, – мне хорошие офицеры самому нужны, самому нужны.
Они сели в коляску и молча проехали несколько минут.
– Еще впереди много, много всего будет, – сказал он со старческим выражением проницательности, как будто поняв всё, что делалось в душе Болконского. – Ежели из отряда его придет завтра одна десятая часть, я буду Бога благодарить, – прибавил Кутузов, как бы говоря сам с собой.
Князь Андрей взглянул на Кутузова, и ему невольно бросились в глаза, в полуаршине от него, чисто промытые сборки шрама на виске Кутузова, где измаильская пуля пронизала ему голову, и его вытекший глаз. «Да, он имеет право так спокойно говорить о погибели этих людей!» подумал Болконский.
– От этого я и прошу отправить меня в этот отряд, – сказал он.
Кутузов не ответил. Он, казалось, уж забыл о том, что было сказано им, и сидел задумавшись. Через пять минут, плавно раскачиваясь на мягких рессорах коляски, Кутузов обратился к князю Андрею. На лице его не было и следа волнения. Он с тонкою насмешливостью расспрашивал князя Андрея о подробностях его свидания с императором, об отзывах, слышанных при дворе о кремском деле, и о некоторых общих знакомых женщинах.

Кутузов чрез своего лазутчика получил 1 го ноября известие, ставившее командуемую им армию почти в безвыходное положение. Лазутчик доносил, что французы в огромных силах, перейдя венский мост, направились на путь сообщения Кутузова с войсками, шедшими из России. Ежели бы Кутузов решился оставаться в Кремсе, то полуторастатысячная армия Наполеона отрезала бы его от всех сообщений, окружила бы его сорокатысячную изнуренную армию, и он находился бы в положении Мака под Ульмом. Ежели бы Кутузов решился оставить дорогу, ведшую на сообщения с войсками из России, то он должен был вступить без дороги в неизвестные края Богемских
гор, защищаясь от превосходного силами неприятеля, и оставить всякую надежду на сообщение с Буксгевденом. Ежели бы Кутузов решился отступать по дороге из Кремса в Ольмюц на соединение с войсками из России, то он рисковал быть предупрежденным на этой дороге французами, перешедшими мост в Вене, и таким образом быть принужденным принять сражение на походе, со всеми тяжестями и обозами, и имея дело с неприятелем, втрое превосходившим его и окружавшим его с двух сторон.
Кутузов избрал этот последний выход.
Французы, как доносил лазутчик, перейдя мост в Вене, усиленным маршем шли на Цнайм, лежавший на пути отступления Кутузова, впереди его более чем на сто верст. Достигнуть Цнайма прежде французов – значило получить большую надежду на спасение армии; дать французам предупредить себя в Цнайме – значило наверное подвергнуть всю армию позору, подобному ульмскому, или общей гибели. Но предупредить французов со всею армией было невозможно. Дорога французов от Вены до Цнайма была короче и лучше, чем дорога русских от Кремса до Цнайма.