Pyruvate

Pyruvate
n.,
Definição: O ânion carboxiato de ácido pirúvico.

Definição de piruvato

Os piruvatos têm sido frequentemente reconhecidos como uma das moléculas mais importantes que são frequentemente representadas na intersecção de muitas reacções e vias bioquímicas. Podemos definir o piruvato como um anião ácido 2-oxo monocarboxílico cuja base conjugada é ácido pirúvico que surge da desprotonificação de grupos carboxílicos. Actua como o principal metabolito e cofactor.

P>Piruvato é geralmente visto como um dos últimos produtos de glicólise onde um par das suas moléculas pode ser produzido pela decomposição relativa de uma única molécula de glucose. O produto final primário da glicólise é o piruvato e moléculas de água, mais moléculas de alta energia, tais como ATP e NADH.

Qual é a principal fonte metabólica do piruvato?

A principal fonte metabólica do piruvato é a glicose. Além disso, para a participação no ciclo do ácido cítrico, é depois transportado para a mitocôndria (primeiro, convertendo o piruvato em acetil CoA; mais detalhes abaixo).

Como é que o piruvato entra na mitocôndria?

O piruvato entra na mitocôndria através da proteína translocase piruvato.

Foi relatado que através da fermentação, o piruvato é transformado em lactato (por exemplo, em animais) ou etanol (por exemplo, em plantas superiores e leveduras). A referida reacção ocorre apenas na ausência de ar ou quando as exigências do ar ultrapassam a oferta global. Além disso, a glicose pode ser regenerada novamente por lactato e piruvato. (Ref. 1) Da mesma forma, a oxidação do piruvato resulta na formação de acetil CoA.

Outro termo utilizado é chamado processamento de piruvato onde o piruvato é processado para libertar uma molécula de dióxido de carbono e os dois carbonos restantes são utilizados para produzir acetil CoA.

Onde ocorre a oxidação do piruvato?

O processo de oxidação do piruvato ocorre na matriz mitocondrial. É preciso lembrar aqui que a oxidação piruvada também é conhecida como descarboxilação piruvada. Exemplos de processos biológicos que incluem um tal processo são as sínteses anabólicas de aminoácidos e ácidos gordos. Do mesmo modo, os cientistas acreditam que pode influenciar as modificações epigenéticas e a actividade nuclear, induzindo assim uma interface entre o estado metabólico e o genoma da célula.

Piruvado é produzido pelos corpos, uma vez que o açúcar (glucose) é decomposto e a sua fórmula molecular é C3H3O3- com um peso molecular de 87.5 g de mol-1.

É de referir aqui que a acetil coenzima A ocorre quando a molécula de piruvato é oxidada através do ciclo de Kreb (ciclo do ácido cítrico) e oxaloacetato por reacções anapleróticas.

Definição de piruvato em biologia

Piruvato é a intersecção chave em vias metabólicas onde pode ser convertido em ácidos gordos e energia através de acetil…CoA e hidratos de carbono pelo processo de gluconeogénese e ao etanol e aminoácido alanina. Desta forma, muitos processos metabólicos estão unidos que aumentam ainda mais a importância dos piruviatos na biologia e na bioquímica. (Ref. 2)

Estrutura pirúvica

Piruvado tem uma estrutura química muito simples e é a base conjugada do ácido pirúvico. Três moléculas de carbono são compostas por um grupo funcional de cetonas e um grupo carboxilo presente na estrutura do piruvato. A fórmula química do piruvato é C3H3O3- e a fórmula química do ácido pirúvico é C3H4O3 e C3H3O3 representa a sua forma desprotonada. O átomo de carbono que forma o ácido carboxílico é principalmente escrito como o primeiro átomo de carbono e ao longo da espinha dorsal do carbono, longe da extremidade do ácido carboxílico, o número aumenta. Da mesma forma, com o segundo átomo de carbono, que também é referido como o carbono, o grupo de cetonas é ligado e verifica-se que este carbono é o mais próximo do grupo funcional principal. Finalmente, na estrutura do piruvato, o grupo metilo está ligado ao terceiro carbono. A estrutura do piruvato pode ser vista na Figura 1.

Pyruvate é o ácido alfa-keto mais simples, e é também conhecido como ácido a-keto propanóico através da nomenclatura oficial da IUPAC. Tem três átomos que actuam como doadores de ligações de hidrogénio e aceitadores de ligações de hidrogénio.

Pyruvate vs Pyruvic Acid

É o mesmo ácido pirúvico e o mesmo ácido pirúvico? Vale a pena mencionar aqui que o piruvato também pode ser referido como ácido pirúvico, pelo que tanto o piruvato como o ácido pirúvico são o mesmo. A razão por detrás disto é que quando o ácido pirúvico é dissolvido em água, o protão presente no grupo do carboxilato (-COOH) parte-se deixando a molécula pirúvica carregada e o protão. Assim, o protão, o piruvato e o ácido pirúvico permanecem em equilíbrio, tal como elaborado na Figura 2. (Ref. 3) Embora em qualquer solução se possam ver as concentrações dos três componentes indicados, a percentagem das concentrações não se alterará devido ao facto de a dissociação e as reacções de formação estarem em equilíbrio.

Geração e Metabolismo do Piruvato

De onde vem o piruvato? Os dois métodos mais comuns através dos quais os piruvatos são gerados são pelo metabolismo dos aminoácidos e o outro é a via glicolítica. Foi calculado que quase dez por cento das necessidades energéticas do corpo humano são satisfeitas pelas proteínas, e apenas alguns aminoácidos são canalizados para a maquinaria respiratória celular através dos piruviatos. Os aminoácidos que são dirigidos são classificados como aminoácidos glucogénicos, enquanto que os aminoácidos cetogénicos são os que normalmente resultam na formação de acetil-CoA ou de outra forma referidos como acetoacetato. O piruvato também pode ser regenerado por lactato que é reproduzido por fermentação anaeróbia, como demonstrado acima, através de várias actividades enzimáticas no fígado.

Um dos outros métodos mais importantes através dos quais o piruvato é processado é referido como glicólise que se inicia com glicose monossacarídeo de seis carbonos. As principais etapas do processo bioquímico incluem a formação de fructose-6-fosfato em que a glicose é submetida ao processo de fosforilação e isomerização. Além disso, outra reacção de fosforilação ajuda à decomposição desta glucose em moléculas de três átomos de carbono declaradas como fosfato de dihidroxiacetona (DHAP) e fosfato de gliceraldeído (G3P). Estas etapas consomem um par de moléculas de ATP para cada molécula de glucose, adquirindo a energia, transformando assim uma molécula de hexose em duas moléculas de triose. Além disso, através da catálise mediada pela enzima, ambos os isómeros DHAP e G3P podem ser interconvertidos. Assim, pode concluir-se que o fosfato de gliceraldeído é convertido em ácido pirúvico onde um total de cinco reacções bioquímicas são executadas, libertando uma única molécula de NADH e duas moléculas de ATP para cada molécula de G3P.

É de notar aqui que o fosfenoleopiruvato abreviado como PEP é a penúltima molécula que é produzida através destas cadeias de reacções bioquímicas, que é então o éster fosforilado do piruvato. Geralmente, um grupo fosfato é libertado pela PEP de modo a que o piruvato se forme e o fosfato libertado forme primeiro ADP que finalmente forma ATP. A reacção é catalisada por uma enzima muito importante conhecida como quinase pirúvica (PK). Além disso, esta reacção é irreversível e é a etapa determinante da taxa no processo de conversão da glucose em piruvato, uma vez que esta é uma das etapas mais lentas da reacção em cadeia.

Outro processo útil para produzir piruvato é o metabolismo dos aminoácidos onde os seis aminoácidos distintos, nomeadamente serina, glicina, alanina, treonina, cisteína, e triptofano, podem ser metabolizados para formar piruvato. Entre todos os seis aminoácidos, os mais fáceis de transformar são a serina e a alanina, uma vez que são três átomos de carbono. Nestas reacções, um único grupo de enzimas, as transaminases, catalisa a substituição do grupo funcional das aminas por uma cetona.

P>Embora a cisteína seja também um átomo de três átomos de carbono, a sua transformação em piruvato inclui uma etapa adicional em que o átomo de enxofre é removido. Além disso, existem apenas dois átomos de carbono na glicina, pelo que, antes de ser submetida ao processo de desaminação, é transformada em aminoácido de três átomos de carbono (tipicamente, serina), o que acelera a sua conversão em piruvato.

A conversão de triptofano também segue o mesmo procedimento – em que três grupos alquílicos de triptofano são inicialmente convertidos em alanina e depois pela acção da enzima alanina transaminase é transformada numa molécula de piruvato.

Por último, o aminoácido, a treonina, segue o caminho mais longo para se converter em piruvato. No processo, inicialmente, é convertido em glicina, e depois em serina antes de ser agido pela desidratase de serina.

Funções do piruvato

A função primária do piruvato é servir como transportador de átomos de carbono para a mitocôndria para a oxidação completa em dióxido de carbono. No citoplasma, no final do processo de glicólise, as moléculas de piruvato que são geradas a partir do açúcar são enviadas para a matriz da mitocôndria através de um par de proteínas que são portadores de piruvato mitocondrial 1 e 2 (i.e. MCP1 e MCP2, respectivamente).

P>Piruvato desidrogenase, que é um complexo significativo de multi-enzima, catalisa as reacções de oxidação e descarboxilação para a produção da acetil coenzima A referida como acetil-CoA. A primeira enzima do referido complexo é conhecida como desidrogenase piruvada onde o grupo carboxílico é removido da molécula, deixando assim uma molécula de dois carbonos que consiste num grupo carbonilo e um grupo metilo. Além disso, a segunda e terceira enzimas de PDC oxida o grupo carbonilo já produzido e, através de uma ligação de tioéster, acelera a ligação covalente com CoA. Vale a pena notar aqui que o tioéster que é produzido pode ser adicionado em água juntamente com a libertação de energia.

Os cientistas desviaram recentemente a atenção dos pirúvidos para a realização da acetilação de todo o genoma das moléculas da histona. As alterações epigenéticas que podem transformar toda a actividade transcripcional das células, mitose, e o ciclo celular são conhecidas como acetilação da histona. A principal condição para conseguir tal acetilação é a disponibilidade e presença de acetil-CoA. As duas formas possíveis de produzir acetil-CoA é através de PDC no núcleo ou através da transferência do complexo enzimático para o núcleo a partir das mitocôndrias. O ambiente externo, o ciclo celular, a disponibilidade de nutrientes e os factores de crescimento são alguns dos factores que afectam a concentração de acetil-CoA no núcleo. Observou-se também que, para além da acetil-CoA, a quinase pirúvel é outra enzima presente no núcleo e está associada ao metabolismo pirúvel. A principal vantagem desta cinase é que gera o piruvato a partir da PEP nas últimas reacções formadas da glicólise. Da mesma forma, a literatura relevante afirma que esta cinase desempenha um papel vital no núcleo e nas proteínas nucleares fosforilizantes. Além disso, se a respiração aeróbica não for possível, pode-se ver a fermentação do piruvato em ácido láctico.

Em que deve o ácido pirúvico ser convertido antes de entrar no ciclo do ácido cítrico?

É a conversão do piruvato em acetil CoA. É através disto que pode entrar no ciclo do ácido cítrico. Geralmente, há sete etapas importantes do ciclo do ácido cítrico (que também é conhecido como o ciclo de Krebs como mencionado anteriormente).

• No primeiro passo, ocorre a reacção de condensação, onde o grupo acetil de dois carbono-acetato de carbono se combina com a molécula de quatro carbono-oxaloacetato resultando na formação de uma molécula de seis carbono-cetato de citrato.
• Na fase seguinte, a molécula de citrato perde rapidamente uma única molécula de água, pois aqui, o citrato é convertido em isocitrato que é o seu isómero.
• Na etapa três, ocorre a oxidação do isocitrato, resultando na formação da molécula de cinco-carbono.
• Nas etapas três e quatro, ocorrem as reacções de oxidação e descarboxilação.
• Na etapa seguinte, produz-se um grupo fosfato para a coenzima A, conduzindo assim à formação de uma ligação de energia muito elevada.
• A etapa seguinte do processo global de desidratação onde o succinato é convertido em fumarato.
• A última etapa do ciclo do ácido cítrico é a adição de água no fumarato e é produzido malato. Além disso, aqui, na última etapa, o ciclo do ácido cítrico regenera, oxaloacetato pela oxidação do malato. Aqui, constatou-se que mais uma molécula de NADH é formada com sucesso.

O ciclo global do ácido cítrico foi mostrado na Figura 3. (Ref. 4)

Importância Biológica do Pyruvate

Existem muitas funções biológicas e bioquímicas dos piruvatos.

Parte da nossa discussão anterior sobre o papel essencial do piruvato na respiração celular, ele tem sido utilizado na indústria médica e estética. Por exemplo, os piruvatos são vendidos como suplementos para a perda de peso. Também parece ajudar a suavizar a pele humana diminuindo a extensão das rugas, reduzindo as manchas escuras que se encontram na pele devido ao envelhecimento, e a exposição prolongada da pele ao sol. a investigação mais recente sugere que a pequena ingestão de piruvato de sódio melhora a capacidade de trabalho dos fígados em pacientes que consomem regularmente extensas proporções de álcool. Para além de melhorar a funcionalidade dos fígados, o desempenho dos pulmões também pode ser melhorado em pacientes que sofrem de Doença Pulmonar Obstrutiva Crónica (DPOC). A investigação inicial sugere também que a insuficiência cardíaca congestiva (ICC) pode ser evitada tomando como solução uma quantidade muito ínfima de piruvato. Por último, a queda de pele na maioria da população com peles escamosas e escamosas pode ser aumentada. Assim, pode-se concluir que existem muitos exemplos de funções biológicas práticas do piruvato que podem ser facilmente observadas na nossa vida diária.

(1) Síntese Diastereoselectiva de Pirrolidinas Totalmente Substituídas de Anilinas e Diazo Piruvatos. (2020). Cartas Orgânicas. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.orglett.0c00846
(2) 5.3B: Ácido Pirúvico e Metabolismo. (2017, 8 de Maio). Biologia LibreTexts. https://bio.libretexts.org/Bookshelves/Microbiology/Book%3A_Microbiology_(Boundless)/5%3A_Microbianismo_Metabolismo/5,03%3A_Catabolismo/5,3B%3A_Pirúvica_Ácido_e_Metabolismo
(3) Moran, L. (2007, 17 de Abril). Pyruvic_Acid_and_Metabolismo. Sandwalk. https://sandwalk.blogspot.com/2007/04/pyruvate.html
(4) Pyruvate Oxidation | Biology for Majors I. (2020). Lumenlearning.com. https://courses.lumenlearning.com/wm-biology1/chapter/reading-pyruvate-oxidation/