Определение пирувата

Пируват является важным молекула это присутствует на пересечении нескольких биохимических путей. Это обычно встречается как один из конечных продуктов гликолиза, который затем транспортируется в митохондрии для участия цикла лимонной кислоты. В отсутствие кислорода или когда потребность в кислороде превышает предложение, пируват может подвергнуться ферментация производить лактат. И пируват, и лактат также могут быть использованы для регенерации глюкозы. Пируват также может участвовать в анаболическом синтезе жирные кислоты а также аминокислоты, Существует также все больше свидетельств того, что он может напрямую влиять на ядерную активность и эпигенетические модификации, формируя границу между геномом и метаболическим состоянием организма. клетка.

Структура пирувата

Эта молекула представляет собой сопряженное основание пировиноградной кислоты, трехуглеродную молекулу, содержащую группу карбоновой кислоты и функциональную группу кетона. химическая формула для пировиноградной кислоты – C3H4O3, а для ее депротонированной формы – C3H3O3. Атом углерода, образующий карбоновую кислоту, часто называют первым атомом углерода, число которого увеличивается вдоль основной углеродной цепи от конца карбоновой кислоты. В пирувате кетонная группа присоединена ко второму атому углерода, также известному как -углерод, поскольку она наиболее близка к основной функциональной группе; третий углерод содержит метильную группу.

Следовательно, это самая простая α-кетокислота, и согласно официальной номенклатуре IUPAC она называется α-кетопропановой кислотой. Он содержит три атома, которые могут выступать в качестве доноров водородных связей, и один атом, который может быть акцептором водородных связей. Как и другие кетокислоты, пировиноградная кислота также может таутомеризоваться из своей кетонной формы в свою енольную форму, содержащую двойную связь и спирт. Это особенно важно на последнем этапе гликолиза.

Другие α-кетокислоты, участвующие в клеточное дыхание включают щавелевоуксусную кислоту, α-кетоглутаровую кислоту и оксалосукциновую кислоту.

Поколение пирувата

Пируват генерируется двумя основными методами – через гликолитический путь и через метаболизм аминокислот. В то время как белки обеспечивают почти 10% потребностей организма в энергии, только некоторые аминокислоты направляются через пируват в клеточный дыхательный аппарат. Те, которые действительно классифицируются как глюкогенные аминокислоты, тогда как другие, которые генерируют ацетил-КоА или ацетоацетат, классифицируются как кетогенные аминокислоты. Лактат, образующийся при анаэробной ферментации, также может регенерировать пируват, особенно благодаря активности ферментов в организме. печень, Другие второстепенные источники включают промежуточные продукты цикла лимонной кислоты.

гликолиз

Гликолиз начинается с шестиуглеродного моносахарид Глюкоза. На первых нескольких этапах этого биохимического пути глюкоза подвергается фосфорилированию и изомеризации с образованием фруктозо-6-фосфата. Другая реакция фосфорилирования облегчает расщепление этого гексозного сахара на две 3-углеродные молекулы – глицеральдегидфосфат (G3P) и дигидроксиацетонфосфат (DHAP). Эти начальные шаги требуют ввода энергии и используют две молекулы АТФ для каждой молекулы глюкозы, но приводят к серьезному превращению гексозы в две молекулы триозы.

Изображения показывают химическую структуру G3P и DHAP. Эти изомеры могут быть взаимопревращены, особенно посредством ферментативного катализа.

После этого G3P превращается в пировиноградную кислоту, которая существует в виде его сопряженного основания при физиологической концентрации и pH. Этот процесс происходит через набор из пяти биохимических реакций, высвобождая две молекулы АТФ и одну молекулу NADH для каждой молекулы G3P.

Предпоследняя молекула в этой цепочке реакций называется фосфоенолпируват (PEP). PEP представляет собой фосфорилированный сложный эфир пирувата в его енольной изомерной форме. ПКП теряет фосфатная группа для генерации пирувата и высвобожденный фосфатный фрагмент переносится в АДФ, образуя АТФ. Эта реакция катализируется ферментом, называемым пируваткиназой (ПК). Реакция образует одну из ограничивающих скорость стадий гликолиза, которая может определять общую скорость реакции, поскольку она является одной из более медленных реакций в цепи. Для всех практических целей он необратим, в отличие от большинства ферментативно-катализируемых реакций, особенно потому, что пируват часто быстро переносится в митохондрии или ферментируется с образованием лактата. Когда глюкоза должна генерироваться из неуглеводных источников (глюконеогенез ), например, изменение концентраций реагентов и продуктов не побуждает ПК катализировать обратную реакцию, образуя ПЭП из пирувата. Фактически, во время глюконеогенеза, PK дезактивируется посредством фосфорилирования, а PEP направляется в другой каскад реакций.

Аминокислотный метаболизм

Шесть основных аминокислот могут метаболизироваться с образованием пирувата – аланин, цистеин, серин, глицин, треонин и триптофан. Из них аланин и серин имеют три атома углерода и поэтому их легче всего преобразовать. Эти реакции включают один фермент, который по существу катализирует замену функциональной группы амина кетоном. По этой причине ферменты также называют трансаминазами. Цистеин, хотя и содержит три атома углерода, должен пройти дополнительную стадию для удаления атома серы.

Глицин, с другой стороны, имеет только два атома углерода. Следовательно, он сначала превращается в трехуглеродную аминокислоту – серин, а затем подвергается дезаминированию. Действие фермента сериндегидратазы затем катализирует его превращение в пируват. В аналогичной стратегии три алкильные группы триптофана сначала превращаются в аланин, а затем превращаются в молекулу пирувата под действием фермента аланина трансаминазы. Треонин следует еще более длинному пути: сначала он превращается в глицин, а затем в серин, а затем подвергается действию сериндегидратазы.

Функции пирувата

Основная функция молекулы – действовать в качестве транспортной молекулы, которая переносит атомы углерода в митохондрии для полного окисления до диоксида углерода. В конце гликолиза в цитоплазма молекулы пирувата, генерируемые из глюкозы, транспортируются в матрицу митохондрий через два белка: митохондриальные пируватные носители 1 и 2 (MPC1, MPC2). В матрице митохондрий важный многоферментный комплекс, называемый пируватдегидрогеназным комплексом (PDC), катализирует реакции декарбоксилирования и окисления с целью образования ацетила. коэнзим А (ацетил-КоА).

Первый фермент в этом комплексе называется пируватдегидрогеназа и удаляет группу карбоновой кислоты (декарбоксилаты) молекулы. В результате этой реакции получается двухуглеродная молекула, содержащая метильную группу и карбонильная группа, Затем второй и третий ферменты PDC окисляют карбонильный углерод и катализируют ковалентную связь с CoA через тиоэфирную связь. Эта тиоэфирная связь может быть гидролизована с выделением энергии. Фактически, гидролиз этой связи высвобождает больше энергии, чем превращение АТФ в АДФ, и, следовательно, также обеспечивает начальный импульс для первых этапов цикла лимонной кислоты.

Недавно было обращено внимание на роль молекул пирувата в влиянии на геномное ацетилирование молекул гистонов. Ацетилирование гистона является эпигенетической модификацией, которая может изменять общую транскрипционную активность клетки, а также влиять на клеточный цикл а также митоз, Эта модификация гистонов требует присутствия ацетил-КоА. Ацетил-КоА генерируется также через PDC в ядре, посредством транспорта всего ферментного комплекса из митохондрий в ядро. Концентрация этого комплекса в ядре зависит от клеточного цикла, внешней среды и наличия факторов роста и питательных веществ. В отсутствие достаточной активности PDC переход клетки в сторону митоза (в частности, синтез ДНК во время S-фазы) затруднен.

Другим ферментом, связанным с метаболизмом пирувата, который также присутствует в ядре, является пируваткиназа – фермент, участвующий в последней реакции гликолиза, генерирующий пируват из PEP. Эта киназа играет интересную роль в ядре, фосфорилируя ядерные белки с использованием самого PEP в качестве донора фосфата. Это, в свою очередь, приводит к образованию пирувата, который может использоваться PDC для создания ацетил-КоА. Фосфорилирование ключевых остатков в гистонах также усиливает их ацетилирование, что опять-таки является решающим шагом в переходе клетки из фазы G1 в S клеточного цикла.

Если аэробного дыхания невозможно, пируват может быть ферментирован до лактата в цитоплазме, чтобы генерировать NADH и тем самым увеличить доступность АТФ для клетки. Фермент, участвующий в ферментации пирувата, также может катализировать обратную реакцию, образуя пируват из лактата. Это особенно важно в клетках печени, где это является важным процессом в период восстановления после тренировки.

Кроме того, пируват функционирует как одна из отправных точек для глюконеогенеза, позволяя клетке генерировать глюкозу из неуглеводных источников. Этот процесс важен для функционирования головной мозг во время голодания, так как ткани мозга используют глюкозу в качестве основного источника энергии. Пируват также вовлечен в генерациюнезаменимые аминокислоты а также во многих биохимических путях, включающих метаболизм липидов.

  • гексозы – моносахарид, содержащий шесть атомов углерода, например глюкоза или фруктоза.
  • киназа – Фермент, который катализирует перенос фосфатной группы (обычно из АТФ) в другую молекулу.
  • Ограничение скорости реакции – Самые медленные шаги в метаболических путях, которые определяют скорость всех других реакций в пути.
  • таутомер – Изомеры, которые существуют вместе в равновесии, причем миграция атома или функциональной группы внутри молекулы происходит часто.
  • триозе – Моносахарид, который содержит три атома углерода, например глицеральдегид.

викторина

1. Какая из этих аминокислот нуждается в более чем одном ферменте для превращения в пируват?A. ГлицинB. аланинC. серинD. Все вышеперечисленное

Ответ на вопрос № 1

верно. Серин и аланин оба имеют три атома углерода, и действие одного фермента обычно достаточно для образования пирувата из этих двух аминокислот. Глицин, с другой стороны, имеет только два атома углерода. Это должно быть преобразовано в аминокислоту, содержащую три атома углерода, прежде чем это будет дезаминировано.

2. Почему превращение PEP в пируват является одним из ограничивающих скорость этапов гликолиза?A. Он генерирует самую важную молекулу гликолизаB. Это одна из более медленных реакций на путиC. Фермент, пируваткиназа, присутствует в низкой концентрацииD. Это необратимая реакция

Ответ на вопрос № 2

В верно. Этап ограничения скорости на любом пути – самая медленная реакция. В ряде ситуаций, связанных с потоком материалов, будь то жидкости, движущиеся по трубам, или движение транспортных средств, узкое место определяет общую скорость материалов. Реакции, которые являются более быстрыми, могут быть завершены независимо, но когда более медленная реакция необходима для обработки реагентов или продуктов, весь путь достигает равновесия со скоростью самой медленной реакции. При гликолизе катализ PEP в пируват является относительно медленной реакцией, и это даже позволяет регулировать образование пирувата с помощью фермента пируваткиназы. Концентрация самого фермента не важна, так как минимальное количество фермента может обрабатывать огромное количество реагентов. Необратимость этой реакции также не играет роли в определении ее кинетики.

3. Что из этого является функцией пирувата?A. Ферментация до лактата во время аэробного дыхания B. Эпигенетические модификации митохондриального геномаC. Участие в генерации глюкозыD. Все вышеперечисленное

Ответ на вопрос № 3

С верно. Несмотря на то, что пируват чаще всего идентифицируется как конечный продукт гликолиза или цитозольной части клеточного дыхания, он также играет важную роль в ряде других путей, включая глюконеогенез. Его окисление до лактата является одной из его функций, однако этот путь предпочтителен, когда существует дефицит кислорода. Во время полного аэробного дыхания пируват превращается в ацетил-КоА, а не в лактат. Точно так же, хотя пируват, по-видимому, играет важную роль в эпигенетической модификации геномов, до сих пор он был вовлечен больше в регуляцию ядерной транскрипция, Не было никаких доказательств того, что пируват изменяет митохондриальный геном.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *