Piruvato

Piruvato
n.,
Definizione: L’anione carbossilato dell’acido piruvico.

Definizione di piruvato

I piruvati sono stati spesso riconosciuti come una delle molecole più importanti che sono frequentemente rappresentate all’incrocio di molte reazioni e vie biochimiche. Possiamo definire il piruvato come un anione di acido monocarbossilico 2-oxo la cui base coniugata è l’acido piruvico che nasce dalla deprotonazione dei gruppi carbossilici. Agisce come principale metabolita e cofattore.

Il piruvato è comunemente visto come uno degli ultimi prodotti della glicolisi dove una coppia di sue molecole può essere prodotta dalla relativa scomposizione di una singola molecola di glucosio. Il prodotto finale primario della glicolisi è piruvato e molecole di acqua, più molecole ad alta energia, come ATP e NADH.

Qual è la principale fonte metabolica del piruvato?

La principale fonte metabolica del piruvato è il glucosio. Inoltre, per la partecipazione al ciclo dell’acido citrico, viene poi trasportato al mitocondrio (prima, convertendo il piruvato in acetil CoA; maggiori dettagli più avanti).

Come entra il piruvato nel mitocondrio?

Il piruvato entra nei mitocondri attraverso la proteina piruvato translocasi.

È stato riportato che attraverso la fermentazione, il piruvato viene trasformato in lattato (ad esempio negli animali) o etanolo (ad esempio nelle piante superiori e nei lieviti). La suddetta reazione avviene solo in assenza di aria o quando le richieste di aria superano la fornitura complessiva. Inoltre, il glucosio può essere rigenerato nuovamente da lattato e piruvato. (Rif. 1) Allo stesso modo, l’ossidazione del piruvato provoca la formazione di acetil CoA.

Un altro termine usato è chiamato elaborazione del piruvato dove il piruvato viene elaborato per rilasciare una molecola di anidride carbonica e i due carboni rimanenti vengono utilizzati per produrre acetil CoA.

Dove avviene l’ossidazione del piruvato?

Il processo di ossidazione del piruvato avviene nella matrice mitocondriale. Bisogna ricordare che l’ossidazione del piruvato è anche conosciuta come decarbossilazione del piruvato. Esempi di processi biologici che includono tale processo sono le sintesi anaboliche di aminoacidi e acidi grassi. Allo stesso modo, gli scienziati credono che possa influenzare le modifiche epigenetiche e l’attività nucleare, inducendo così un’interfaccia tra lo stato metabolico e il genoma della cellula.

Il piruvato è prodotto dai corpi, una volta che lo zucchero (glucosio) viene scomposto e la sua formula molecolare è C3H3O3- avendo un peso molecolare di 87.5 g mol-1.

Va detto che la formazione di acetil coenzima A avviene quando la molecola di piruvato è ossidata tramite la reazione del ciclo di Kreb (ciclo dell’acido citrico) e l’ossalacetato tramite reazioni anaplerotiche.

Definizione di piruvato in biologia

Il piruvato è l’intersezione chiave nelle vie metaboliche dove può essere convertito in acidi grassi ed energia tramite acetil-CoA e carboidrati attraverso il processo di gluconeogenesi e in etanolo e aminoacido alanina. In questo modo, molti processi metabolici sono uniti che aumentano ulteriormente l’importanza dei piruvati in biologia e biochimica. (Rif. 2)

Struttura del piruvato

Il piruvato ha una struttura chimica molto semplice ed è la base coniugata dell’acido piruvico. Tre molecole di carbonio sono composte da un gruppo funzionale chetonico e un gruppo carbossilico presenti nella struttura del piruvato. La formula chimica del piruvato è C3H3O3- e la formula chimica dell’acido piruvico è C3H4O3 e C3H3O3 rappresenta la sua forma deprotonata. L’atomo di carbonio che forma l’acido carbossilico è scritto principalmente come il primo atomo di carbonio e lungo la spina dorsale del carbonio, lontano dalla terminazione dell’acido carbossilico, il numero aumenta. Allo stesso modo, con il secondo atomo di carbonio, chiamato anche a-carbonio, si attacca il gruppo chetonico e si vede che questo carbonio è il più vicino al gruppo funzionale principale. Infine, nella struttura del piruvato, il gruppo metile è attaccato al terzo carbonio. La struttura del piruvato può essere vista nella figura 1.

Il piruvato è il più semplice acido alfa-cheto, ed è anche conosciuto come acido a-cheto propanoico attraverso la nomenclatura ufficiale della IUPAC. Ha tre atomi che agiscono come donatori e accettatori di legami a idrogeno.

Piruvato vs acido piruvico

Il piruvato e l’acido piruvico sono uguali? Vale la pena menzionare qui che il piruvato può anche essere indicato come acido piruvico, quindi sia il piruvato che l’acido piruvico sono la stessa cosa. La ragione dietro questo è che quando l’acido piruvico è dissolto in acqua il protone presente nel gruppo carbossilato (-COOH) si rompe lasciando la molecola di piruvato carica e il protone. Così, il protone, il piruvato e l’acido piruvico rimangono in equilibrio come elaborato nella figura 2. (Rif. 3) Anche se in qualsiasi soluzione si possono vedere le concentrazioni di tutti e tre i componenti indicati, la percentuale delle concentrazioni non cambierà a causa del fatto che le reazioni di dissociazione e formazione sono all’equilibrio.

Generazione e metabolismo del piruvato

Da dove viene il piruvato? I due metodi più comuni attraverso i quali si generano i piruvati sono il metabolismo degli aminoacidi e l’altro è la via glicolitica. È stato calcolato che quasi il dieci per cento del fabbisogno energetico del corpo umano è soddisfatto dalle proteine, e solo alcuni amminoacidi sono incanalati nel macchinario respiratorio cellulare attraverso i piruvati. Gli aminoacidi che sono diretti sono classificati come aminoacidi glucogenici, mentre gli aminoacidi chetogenici sono quelli che di solito risultano nella formazione di acetil-CoA o altrimenti indicati come acetoacetato. Il piruvato può anche essere rigenerato dal lattato che viene riprodotto dalla fermentazione anaerobica come dimostrato sopra, attraverso diverse attività enzimatiche nel fegato.

Uno degli altri metodi più importanti con cui viene elaborato il piruvato è indicato come glicolisi che inizia con il glucosio monosaccaride a sei carboni. Le fasi principali del processo biochimico includono la formazione di fruttosio-6-fosfato in cui il glucosio subisce il processo di fosforilazione e isomerizzazione. Inoltre, un’altra reazione di fosforilazione aiuta la ripartizione di questo glucosio in molecole a tre carboni dichiarate come diidrossiacetone fosfato (DHAP) e gliceraldeide fosfato (G3P). Questi passaggi consumano un paio di molecole di ATP per ogni molecola di glucosio acquisendo l’energia, trasformando così una molecola di esoso in due molecole di trioso. Inoltre, attraverso la catalisi mediata dall’enzima, entrambi gli isomeri DHAP e G3P possono essere interconvertiti. Così, si può concludere che il gliceraldeide fosfato viene convertito in acido piruvico dove un totale di cinque reazioni biochimiche vengono eseguite, liberando una singola molecola di NADH e due molecole di ATP per ogni molecola di G3P.

Deve essere notato qui che il fosfoenolpiruvato abbreviato come PEP è la penultima molecola che viene prodotta attraverso queste catene di reazioni biochimiche, che è poi estere fosforilato del piruvato. Generalmente, un gruppo fosfato è liberato dal PEP in modo da formare piruvato e il fosfato liberato forma prima ADP che infine forma ATP. La reazione è catalizzata da un enzima molto importante conosciuto come piruvato chinasi (PK). Inoltre, questa reazione è irreversibile ed è il passo che determina il tasso nel processo di conversione del glucosio in piruvato poiché questo è uno dei passi più lenti nella reazione a catena.

Un altro processo pratico per produrre piruvato è il metabolismo degli amminoacidi dove i sei amminoacidi distinti, cioè serina, glicina, alanina, treonina, cisteina e triptofano, possono essere metabolizzati per formare piruvato. Tra tutti e sei gli aminoacidi, i più facili da trasformare sono la serina e l’alanina, poiché sono a tre atomi di carbonio. In queste reazioni, un singolo gruppo di enzimi, le transaminasi, catalizza la sostituzione del gruppo funzionale delle ammine con un chetone. Inoltre, ci sono solo due atomi di carbonio nella glicina, quindi, prima di subire il processo di deaminazione, viene trasformata in un aminoacido a tre carboni (tipicamente, la serina), che affretta la sua conversione in piruvato.

Anche la conversione del triptofano segue la stessa procedura – in cui tre gruppi alchilici del triptofano sono inizialmente convertiti in alanina e poi, grazie all’azione dell’enzima alanina transaminasi, vengono trasformati in una molecola di piruvato.

Infine, l’aminoacido treonina segue il percorso più lungo per convertirsi in piruvato. Nel processo, inizialmente, viene convertita in glicina, e poi in serina prima di essere agita dalla serina deidratasi.

Funzioni del piruvato

La funzione primaria del piruvato è quella di servire come trasportatore di atomi di carbonio nel mitocondrio per la completa ossidazione in anidride carbonica. Nel citoplasma, alla fine del processo di glicolisi, le molecole di piruvato che sono generate dallo zucchero sono inviate alla matrice dei mitocondri attraverso una coppia di proteine che sono i trasportatori mitocondriali di piruvato 1 e 2 (cioè MCP1 e MCP2).Cioè MCP1 e MCP2, rispettivamente).

La piruvato deidrogenasi, che è un complesso significativo di multi-enzima, catalizza le reazioni di ossidazione e decarbossilazione per la produzione di acetil coenzima A indicato come acetil-CoA. Il primo enzima del suddetto complesso è noto come piruvato deidrogenasi dove il gruppo carbossilico viene rimosso dalla molecola lasciando così una molecola a due carboni che consiste di un gruppo carbonilico e un gruppo metilico. Inoltre, il secondo e il terzo enzima della PDC ossidano il gruppo carbonilico già prodotto e attraverso un legame tioestere, accelerano il legame covalente al CoA. Vale la pena notare qui che il tioestere che viene prodotto può essere aggiunto in acqua insieme al rilascio di energia.

Gli scienziati hanno recentemente deviato l’attenzione dei piruvati nell’effettuare l’acetilazione genomica delle molecole di istone. Le alterazioni epigenetiche che possono trasformare l’intera attività trascrizionale delle cellule, la mitosi e il ciclo cellulare sono note come acetilazione degli istoni. La condizione principale per ottenere tale acetilazione è la disponibilità e la presenza di acetil-CoA. I due modi possibili per produrre acetil-CoA sono tramite la PDC nel nucleo o tramite il trasferimento del complesso enzimatico al nucleo dai mitocondri. L’ambiente esterno, il ciclo cellulare, la disponibilità di nutrienti e i fattori di crescita sono alcuni dei fattori che influenzano la concentrazione di acetil-CoA nel nucleo. È stato anche osservato che oltre all’acetil-CoA, la piruvato chinasi è un altro enzima che è presente nel nucleo ed è associato al metabolismo del piruvato. Il vantaggio principale di questa chinasi è che genera il piruvato dal PEP nelle ultime reazioni formate della glicolisi. Allo stesso modo, la letteratura pertinente afferma che questa chinasi gioca un ruolo vitale nel nucleo e nella fosforilazione delle proteine nucleari. Inoltre, se la respirazione aerobica non è possibile, si può osservare la fermentazione del piruvato in acido lattico.

In cosa deve essere convertito l’acido piruvico prima di poter entrare nel ciclo dell’acido citrico?

È la conversione del piruvato in acetil CoA. È attraverso questo che può entrare nel ciclo dell’acido citrico. In generale, ci sono sette passi importanti del ciclo dell’acido citrico (che è anche conosciuto come ciclo di Krebs, come menzionato in precedenza).

• Nel primo passo, avviene la reazione di condensazione, dove il gruppo acetile a due carboni si combina con la molecola di ossalacetato a quattro carboni, con la conseguente formazione di una molecola di citrato a sei carboni.
• Nella fase successiva, la molecola di citrato perde rapidamente una singola molecola di acqua, poiché qui il citrato viene convertito in isocitrato, che è il suo isomero.
• Nella terza fase, si verifica l’ossidazione dell’isocitrato, con conseguente formazione della molecola a cinque carboni.
• Nelle fasi tre e quattro, si verificano le reazioni di ossidazione e decarbossilazione.
• Nella fase successiva, viene prodotto un gruppo fosfato per il coenzima A, portando così alla formazione di un legame ad alta energia.
• Il passo successivo nel processo generale di disidratazione dove il succinato viene convertito in fumarato.
• L’ultimo passo del ciclo dell’acido citrico è l’aggiunta di acqua nel fumarato e viene prodotto il malato. Inoltre, qui nell’ultimo passo, il ciclo dell’acido citrico rigenera l’ossalacetato dall’ossidazione del malato. Qui, si è visto che un’altra molecola di NADH si forma con successo.

Il ciclo complessivo dell’acido citrico è stato mostrato nella figura 3. (Rif. 4)

Importanza biologica del piruvato

Ci sono molte funzioni biologiche e biochimiche dei piruvati.

A parte la nostra discussione precedente sul ruolo essenziale del piruvato nella respirazione cellulare, è stato utilizzato nell’industria medica ed estetica. Per esempio, i piruvati sono venduti come integratori per la perdita di peso. Sembra anche aiutare a levigare la pelle umana diminuendo l’estensione delle rughe, riducendo le macchie scure che si trovano nella pelle a causa dell’invecchiamento e della lunga esposizione della pelle al sole. la ricerca più recente suggerisce che la piccola assunzione di piruvato di sodio migliora la capacità di lavoro dei fegati in pazienti che consumano regolarmente grandi quantità di alcol. Oltre a migliorare la funzionalità dei fegati, anche le prestazioni dei polmoni possono essere migliorate nei pazienti che soffrono di broncopneumopatia cronica ostruttiva (BPCO). Le prime ricerche suggeriscono anche che l’insufficienza cardiaca congestizia (CHF) può essere evitata assumendo una quantità molto piccola di piruvato come soluzione. Infine, la muta della pelle nella maggior parte della popolazione con pelli desquamate e squamose può essere aumentata. Quindi, si può concludere che ci sono molti esempi di funzioni biologiche pratiche del piruvato che possono essere facilmente osservate nella nostra vita quotidiana.