Kwas pirogronowy (pyruwat): definicja, funkcje i znaczenie w metabolizmie

Kwas pirogronowy (pyruwat): definicja, rola w glikolizie, cyklu Krebsa, glukoneogenezie i fermentacji — kluczowy metabolit w produkcji energii i syntezie związków.

Kwas pirogronowy (pyruwat w postaci zjonizowanej) to jeden z podstawowych związków w metabolizmie komórkowym. Chemicznie jest to najprostszy z kwasów keto — zawiera grupę kwasu karboksylowego oraz grupę ketonową (grupa funkcyjna). Pyruwat, czyli jego podstawa koniugatowa, ma wzór sumaryczny C3H4O3 i masę molową około 88,06 g·mol−1. W roztworach wykazuje keto-enolową tautomerię i ma charakter kwasowy (pKa ≈ 2,5).

Rola w metabolizmie — punkt centralny między szlakami

Kwas pirogronowy powstaje jako główny produkt glikolizy — jedna cząsteczka glukozy rozkłada się na dwie cząsteczki pirogronianu. Pyruwat jest następnie „rozdziałem dróg” metabolicznych: w zależności od warunków i zapotrzebowania komórki może być przekształcony na wiele różnych związków:

• przekształcenie do acetylokoenzymu A przez kompleks dehydrogenazy pirogronianowej — wejście do cyklu kwasu cytrynowego i dalsze utlenianie w oddychaniu tlenowym (produkcja CO2, NADH i ATP);
• karboksylacja do szczawiooctanu (enzym: pirogronianowa karboksylaza) — ważny krok w glukoneogenezie, czyli syntezie węglowodanów takich jak glukoza;
• transaminacja do alaniny (enzym: alaninowa aminotransferaza) — udział w przemianach aminokwasów i transporcie azotu;
• redukcja do kwasu mlekowego przez dehydrogenazę mleczanową podczas beztlenowego rozkładu ( fermentacja ), szczególnie gdy brakuje tlenu;
• dekarboksylacja do acetaldehydu i dalej do etanolu w drożdżach i niektórych mikroorganizmach (inna forma fermentacji);
• wykorzystanie do syntezy kwasów tłuszczowych i innych metabolitów — przez konwersję do acetylo-CoA i włączenie do szlaków anabolicznych.

Transport i lokalizacja

W komórkach eukariotycznych pirogronian jest wytwarzany w cytoplazmie, a następnie przenoszony do mitochondrium przez specyficzny nośnik (mitochondrialny nośnik pirogronianu). W mitochondrium zachodzą kluczowe reakcje utleniające — przede wszystkim przekształcenie do acetyl-CoA i wejście do cyklu Krebsa.

Znaczenie kliniczne i fizjologiczne

• Nieprawidłowości w metabolizmie pirogronianu, np. wrodzone defekty kompleksu dehydrogenazy pirogronianowej, prowadzą do gromadzenia się pirogronianu i fermentacji do mleczanu — może to skutkować ciężką kwasicą mleczanową i zaburzeniami neurologicznymi.
• W onkologii obserwuje się często tzw. efekt Warburga — zwiększoną konwersję glukozy do mleczanu nawet przy obecności tlenu; pyruwat i jego przemiany są tu elementem restrukturyzacji metabolicznej komórek nowotworowych.
• W medycynie i badaniach laboratoryjnych stosuje się pochodne pyruwianu (np. sól sodowa) jako dodatki do pożywek czy substancje badane w terapii metabolicznej.

Reakcje enzymatyczne i najważniejsze enzymy

Do najważniejszych enzymów przekształcających pirogronian należą:

• dehydrogenaza pirogronianowa (przekształcenie do acetyl‑CoA, wiąże się z utlenianiem i dekarboksylacją),
• karboksylaza pirogronianowa (karboksylacja do szczawiooctanu, kluczowa dla glukoneogenezy),
• dehydrogenaza mleczanowa (redukcja do mleczanu w beztlenowych warunkach),
• transaminazy (przemiany do aminokwasów, np. alaniny),
• pirogronianowa dekarboksylaza (u drożdży i niektórych mikroorganizmów — prowadzi do powstawania acetaldehydu i dalej etanolu).

Podsumowanie

Pyruwat jest centralnym metabolitem łączącym szlaki kataboliczne (rozkład energetyczny) z anabolizmem (syntezy). Jego los zależy od dostępności tlenu, stanu energetycznego i rodzaju tkanki czy organizmu. Dzięki swojej pozycji w metabolizmie wpływa bezpośrednio na produkcję energii, biosyntezę związków i równowagę redoks w komórce.

W tekście użyto istniejących odnośników do pojęć metabolicznych i chemicznych: kwasów, kwasem karboksylowym, ketonową, grupą funkcyjną, metabolicznych, reakcji chemicznych, związkiem chemicznym, biochemii, glukozy, glikolizę, mikroorganizmom, węglowodany, kwasy tłuszczowe, alaniny, etanol, kwas mlekowy, fermentację, komórkom, cykl kwasu cytrynowego, oddychanie tlenowe.

Pytania i odpowiedzi

P: Co to jest kwas pirogronowy?

P: Jak można wyprodukować kwas pirogronowy?

P: Jakie są niektóre zastosowania kwasu pirogronowego?

P: Jak glukoneogeneza wiąże się z pirogronianem?

P: Jaki jest związek kwasów tłuszczowych z pirogronianem?

Szukaj według litery