Piruvat (piruvična kislina): osnovna keto kislina v glikolizi in presnovi

Piruvat (piruvična kislina): ključna keto kislina v glikolizi in presnovi — vloga pri tvorbi energije, glukoneogenezi, fermentaciji in sintezi aminokislin.

Piruvična kislina je najpreprostejša izmed keto kislin: vsebuje karboksilno kislino in ketonsko funkcionalno skupino. Njena kemijska formula je C3H4O3, molska masa približno 88,06 g·mol−1. V fizioloških pogojih se večinoma pojavlja v obliki svoje konjugirane baze, piruvat (konjugirana baza, anion), ki je vključen v številne presnovne kemijske reakcije in igra osrednjo vlogo v biokemiji.

Kako nastane piruvat

Piruvična kislina nastane kot končni izdelek razgradnje glukoze v procesu glikolize. Ena molekula glukoze se med glikolizo razgradi v dve molekuli piruvata, pri čemer se neposredno pridobita dve molekuli ATP in redukcijsko potencialno obliko NADH. Piruvat tako služi kot pomemben vir energije za živa bitja — živali, rastline in mikroorganizme.

Usode piruvata v celici

• Aerobni pogoji (prisotnost kisika): piruvat vstopi v mitohondrij, kjer ga encim piruvat dehidrogenazni kompleks pretvori v acetil-CoA. Acetil-CoA vstopi v cikel citronske kisline (TCA), kar vodi do nadaljnjega oksidativnega razgradnja in proizvodnje velike količine ATP pri aerobnem dihanju).
• Anaerobni pogoji (pomanjkanje kisika): pri pomanjkanju kisika se piruvat reducira v laktat (mlečno kislino) z encimom laktat dehidrogenazo — to omogoča regeneracijo NAD+ in nadaljevanje glikolize (fermentacija).
• Fermentacije pri mikroorganizmih: v kvasovkah piruvat lahko preko dekarboksilacije in nadaljnjih reakcij nastane etanol, pri nekaterih bakterijah pa druge fermentacijske produkte.
• Preusmeritve v biosinteze: piruvat se lahko karboksilira v oksaloacetat (s piruvat karboksilazo) in služi kot ogrodje za ogljikove hidrate ( kot je glukoza) v procesu glukoneogeneze ali se uporabi za sintezo maščobnih kislin preko acetil-CoA.
• Transaminacija: piruvat se lahko pretvori v aminokislino alanin, kar je pomembno pri prenosu dušika med tkivi.

Encimi in regulacija

Ključni encimi, povezani s piruvatom, so:

• piruvat kinaza — katalizira končni korak glikolize in neposredno proizvaja ATP;
• piruvat dehidrogenazni kompleks (PDH) — povezuje glikolizo s TCA ciklom z izdelavo acetil-CoA; PDH je strogo reguliran (fosforilacija/defosforilacija, allosterična regulacija z NADH, ATP, acetil-CoA);
• piruvat karboksilaza — karboksilira piruvat v oksaloacetat, pomembno za glukoneogenezo in anaplerotične poti;
• laktat dehidrogenaza — pretvori piruvat v laktat pri regeneraciji NAD+ med anaerobnimi razmerami.

Fizikalno-kemijske lastnosti in ravnotežje

Piruvična kislina kaže keto-enol tautomerizem, vendar prevladuje keto oblika. Karboksilna skupina ima pKa približno 2,5, zato se pri fiziološkem pH (≈7,4) molekula nahaja predvsem kot anion (piruvat). Piruvat je topen v vodi in se lahko prenaša čez celično membrano s pomočjo monokarboksilatnih transporterjev (MCT) ter v mitohondrij skozi mitohondrijski piruvatni nosilec (MPC).

Klinčni in biotehnološki pomen

Porušitve v presnovi piruvata imajo pomembne klinične posledice: pomanjkanje aktivnosti piruvat dehidrogenaze vodi v kopičenje piruvata in laktata ter pri najhujših oblikah povzroči nevrološke motnje in laktatno acidozo. V onkologiji je pomemben pojav Warburgovega efekta, kjer tumorne celice povečajo glikolizo in tvorbo laktata tudi pri prisotnosti kisika, kar poveča vlogo piruvata v raku. V biotehnologiji se manipulacije pretvorbe piruvata uporabljajo za proizvodnjo etanola, mlečne kisline in drugih metabolitov.

Povzetek

Piruvat je osrednji presnovni vozlišče med razgradnjo ogljikovih hidratov, proizvodnjo energije in biosintezami. Njegove različne usode — oksidacija v acetil-CoA, karboksilacija v oksaloacetat, redukcija v laktat ali pretvorba v etanol — omogočajo celicam prilagodljiv odgovor na razpoložljivost kisika in hranil. Zaradi svoje centralne vloge ima piruvat tako osnovnobiološki kot kliničen in industrijski pomen.

Vprašanja in odgovori

V: Kaj je piruvična kislina?

V: Kako lahko nastane piruvična kislina?

V: Kako se piruvična kislina uporablja?

V: Kako je glukoneogeneza povezana s piruvatom?

V: Kako so maščobne kisline povezane s piruvatom?

Išči po črki