Пируват (пирувична киселина): централна молекула в клетъчния метаболизъм

Пируват: ключова молекула в клетъчния метаболизъм — гликолиза, глюконеогенеза, лимонен цикъл, ферментация и синтез на аминокиселини и липиди.

Пируват (пирувична киселина) е най-простата от кето-киселините, съдържа карбоксилна киселина и кетонна функционална група. Пируватът, конюгатната основа, участва в множество метаболитни химични реакции и е ключово химично съединение в биохимията. Молекулната формула е C3H4O3, молекулната маса е приблизително 88.06 g·mol−1. Пируватът може да съществува в различни йонни форми в зависимост от pH и служи като важен междинен метаболит при трансформацията на въглехидрати, липиди и аминокиселини.

Структура и основни свойства

Пирувичната киселина е α-кето киселина с една карбоксилна и една кетонна група. Като киселина тя може да отдава протон и да образува конюгатната основа (пируват). Поради наличието на кетонна група пируват участва и в реакции на редукция/окисление и трансаминиране.

Произход и основни метаболитни пътища

Основният източник на пируват в клетката е разграждането на глюкоза чрез гликолиза. Една молекула глюкоза се разгражда до две молекули пируват, като процесът създава запас от ATP и редукционни еквиваленти (NADH).

Пируватът може да бъде трансформиран по няколко основни пътя в зависимост от вида клетка и наличието на кислород:

• Аеробно окисление: ензимният комплекс пируватдехидрогеназа (PDH) превръща пирувата в ацетил-CoA, което влезе в цикъла на лимонената киселина (цитратния цикъл), с отделяне на CO2 и образуване на NADH.
• Анaплеротични реакции: пируватът може да бъде карбоксилиран до оксалоацетат от пируваткарбоксилаза — важно за поддържане на метаболитния баланс и за глюконеогенезата.
• Трансаминиране: чрез аланин-аминотрансфераза пируватът приема аминна група и се превръща в аминокиселината аланин, което свързва азотния метаболизъм с въглехидратния.
• Ферментация: при липса на кислород пируватът може да бъде редуциран до млечна киселина (лактат) или да бъде декарбоксилиран и превърнат в етанол при някои микроорганизми; тези реакции възстановяват NAD+, необходимо за продължаване на гликолизата.
• Липогенеза: чрез превръщане в ацетил-CoA пируватът захранва синтезата на мастни киселини и други липиди.

Клетъчна регулация и транспортиране

Пируватът се произвежда в цитозола и при нужда преминава в митохондриите чрез специфични транспортери (митохондриален пируватен носител). Решението дали пируватът ще влезе в цикъла на лимонената киселина или ще бъде редуциран до лактат зависи от наличието на кислород, енергетичните нужди на клетката и съотношението NADH/NAD+.

Физиологично и клинично значение

Пируватът е метаболитен кръстопът, който свързва разграждането на въглехидрати с производството на енергия и синтезата на необходимите биомолекули. Някои клинични и биомедицински аспекти:

• При кислороден дефицит (анаеробни условия) клетките произвеждат лактат, което в големи количества може да доведе до лактацидоза.
• Дефицитът на пируватдехидрогеназния комплекс води до неврологични нарушения и повишени нива на лактат в кръвта.
• Анализът на нивата на пируват и лактат в клинични проби се използва за оценка на метаболитни състояния и за мониториране на тъканната оксигенация.
• Ензими и кофактори: работата на PDH зависи от кофактори като тиамин (В1), липоева киселина, FAD и NAD+; нарушения във вътрешноклетъчната снабденост с тези вещества влияят на метаболизма на пирувата.

В бележка за микроорганизмите и растенията

При различните организми съдбата на пирувата варира: микроорганизмите използват разнообразни ферментативни пътища за производство на етанол, лактат или други органични киселини, а при растенията пируватът участва и в синтеза на аминокиселини и други метаболити. Освен това пируватът може да бъде възстановен обратно в въглехидрати (глюконеогенеза) или да се използва за биосинтеза на мастни киселини.

Кратко обобщение: пируватът е централен междинен продукт, чрез който клетките регулират енергийния си баланс, въглехидратния и азотния метаболизъм, и който определя изборa между аеробно окисление и анаеробни пътища като ферментация. Тази молекула свързва множество метаболитни мрежи в животинските, растителните и микробните клетки и има значително клинично значение при редица метаболитни нарушения.

Въпроси и отговори

В: Какво представлява пирогроздената киселина?

В: Как може да се получи пирогроздена киселина?

В: Какви са някои приложения на пирогроздената киселина?

В: Как глюконеогенезата се отнася към пирувата?

В: Как мастните киселини се отнасят към пирувата?

Търсене по буква