во что превращается пировиноградная кислота
Во что превращается пировиноградная кислота
а) Анаэробные процессы высвобождения энергии. Анаэробный гликолиз. Иногда в случае отсутствия или недостаточного количества кислорода окислительное фосфорилирование становится невозможным. Но даже при таких условиях небольшое количество энергии может быть доставлено клеткам путем гликолитического расщепления углеводов, поскольку для химической реакции расщепления глюкозы до пировиноградной кислоты кислорода не требуется.
Это чрезвычайно неэкономичный путь метаболизма глюкозы, т.к. только 24000 калорий энергии, выделяемой при расщеплении каждой молекулы глюкозы, используется для образования АТФ, что составляет чуть больше 3% общего количества выделившейся энергии. Тем не менее, такой путь метаболизма, названный анаэробным энергообеспечением, в ситуации, когда кислород недоступен, доставляет энергию в течение нескольких минут, что может оказаться спасительным для клеток.
б) Образование молочной кислоты во время анаэробного гликолиза способствует выделению дополнительного количества энергии сверх анаэробного энергообеспечения. Согласно закону действующих масс, если количество образующихся конечных продуктов реакции приближается к средним значениям, обеспечиваемым реакцией, скорость реакций снижается практически до нуля. Конечными продуктами реакции гликолиза являются (для облегчения понимания просим вас изучить рисунок ниже):
(1) пировиноградная кислота;
(2) атомы водорода, присоединяющиеся к НАД+, образуя НАД-Н и Н+.
Последовательность химических реакций, ответственных за гликолиз
Образование обоих или одного из них останавливает процессы гликолиза и препятствует дальнейшему образованию АТФ. Если количество образовавшихся конечных продуктов реакции велико, они взаимодействуют друг с другом, образуя молочную кислоту в соответствии со следующей схемой реакции:
Таким образом, в анаэробных условиях большое количество пировиноградной кислоты превращается в молочную кислоту, которая легко диффундирует во внеклеточное пространство и даже внутрь некоторых менее активных клеток. Следовательно, молочная кислота представляет собой разновидность «водосточного колодца», в котором исчезают конечные продукты гликолиза, что позволяет гликолизу осуществляться дольше, чем это могло быть при отсутствии молочной кислоты.
Без этого превращения пировиноградной кислоты гликолиз мог бы осуществляться лишь в течение нескольких секунд. Вместо этого гликолиз продолжается в течение нескольких минут, снабжая организм значительным дополнительным количеством АТФ даже при отсутствии кислорода.
в) Обратное превращение молочной кислоты в пировиноградную, когда кислород становится доступным. Если кислород вновь становится доступным после периода анаэробного метаболизма, молочная кислота быстро превращается в пировиноградную кислоту, НАД-Н и Н+. Большие количества этих веществ немедленно окисляются, образуя значительное количество АТФ. Избыток АТФ может явиться причиной того, что более 75% пировиноградной кислоты вновь превращается в глюкозу.
Таким образом, большое количество молочной кислоты, которое образуется во время анаэробного гликолиза, не теряется организмом, т.к. если кислород вновь становится доступным, молочная кислота может подвергнуться обратному превращению в глюкозу или напрямую использоваться для получения энергии. Большая часть этих превращений осуществляется в печени, но в небольших количествах может происходить и в других тканях.
г) Использование сердцем молочной кислоты для получения энергии. Сердечная мышца обладает способностью превращать молочную кислоту в пировиноградную и затем использовать последнюю для получения энергии. В большинстве случаев это происходит при больших физических нагрузках, когда в кровь поступают значительное количество молочной кислоты из скелетных мышц и суммарно дает существенное количество энергии сердечной мышце.
Видео этапы, реакции гликолиза
Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021
Пируват
Пируват
| Пировиноградная кислота | |
|---|---|
 | |
| Системат. наименование | 2-оксопропановая кислота |
| Другие наименования | α-кетопропионовая кислота |
| Формула молекулы | C3H4O3 |
| Отн. молекулярная масса | 88,06 а. е. м. |
| CAS | 127-17-3 |
| Плотность | 1,250 г/см³ |
| Температура плавления | 11,8 °C |
| Температура кипения | 165 °C |
| Если не указано иное, данные приводятся к стандартным условиям. Ссылка на шаблон Вещество | |
Пировиноградная кислота СН3СОСООН.
Биохимическая роль
Пируват — важное химическое соединение в биохимии. Он является 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 Ганса 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 этанол у растений. 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. Таким образом пируват объединяет несколько ключевых метаболических процессов клетки и является универсальной «метаболической валютой» живой клетки.
См. также
Ссылки (на английском)
Полезное
Смотреть что такое «Пируват» в других словарях:
пируват — сущ., кол во синонимов: 2 • жиросжигатель (6) • препарат (952) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов
пируват — piruvatas statusas T sritis chemija formulė CH₃COCOO(M,R) atitikmenys: angl. pyruvate rus. пируват ryšiai: sinonimas – 2 oksopropanoatas … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas
Гликолиз — Схема гликолиза Гликолиз (фосфотриозный путь, или шунт Эмбдена Мейерхофа, или путь Эмбдена Мейергофа Парнаса ) ферментативный процесс последовательного расщепления глюкозы в … Википедия
Фосфотриозный путь — Схема гликолиза Гликолиз (фосфотриозный путь, или шунт Эмбдена Мейерхофа) ферментативный процесс последовательного расщепления глюкозы в клетках, сопровождающийся синтезом АТФ. Гликолиз при аэробных условиях ведёт к образованию пировиноградной… … Википедия
Шунт Эмбдена-Мейерхофа — Схема гликолиза Гликолиз (фосфотриозный путь, или шунт Эмбдена Мейерхофа) ферментативный процесс последовательного расщепления глюкозы в клетках, сопровождающийся синтезом АТФ. Гликолиз при аэробных условиях ведёт к образованию пировиноградной… … Википедия
Тиаминпирофосфат — Общие … Википедия
НЕДОСТАТОЧНОСТЬ ФЕРМЕНТОВ — мед. Синдромы врождённых нарушений обмена веществ встречаются редко, но оказывают значительное влияние на физическое, интеллектуальное, психическое развитие и качество жизни (например, фенилкетонурия, гомоцистинурия, гликогенозы, синдромы ломкой… … Справочник по болезням
Метаболизм — У этого термина существуют и другие значения, см. Метаболизм (значения). Структура аденозинтрифосфата главного посредника в энергетическом обмене веществ Метаболизм (от … Википедия
Брожение — пива в пивоварне Брожение (тж. сбраживание, ферментация) «это такой метаболический процесс, при котором регенерируется АТФ, а … Википедия
Пировиноградная кислота
Пировиноградная кислота — химическое соединение с формулой CH3(CO)COOH, органическая кетокислота.
Биохимическая роль
Пируваты (соли пировиноградной кислоты) — важные химические соединения в биохимии. Они представляют собой конечный продукт 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. Он выступает в качестве основного субстрата 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 представляет собой один 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 выступает в качестве «точки 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.
Пировиноградная кислота
Пировиноградная кислота — 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
Также до пирувата метаболизмують шесть аминокислот:
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:
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.
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.