PIRUVATO: PROPRIEDADES, SÍNTESE, PAPEL BIOLÓGICO, APLICAÇÕES - QUÍMICA - 2025

O piruvato ou ácido pirúvico é o cetoácido mais simples. Ele tem uma molécula de três carbonos com um grupo carboxila adjacente a um carbono cetônico. Este composto é o produto final da glicólise e constitui uma encruzilhada para o desenvolvimento de vários processos metabólicos.

A glicólise é uma via metabólica que decompõe a glicose. Consiste em dez etapas nas quais uma molécula de glicose é transformada em duas moléculas de piruvato, com a geração líquida de duas moléculas de ATP.

Esqueleto da molécula de ácido pirúvico. Fonte: Lukáš Mižoch

Nas primeiras cinco etapas da glicólise ocorre o consumo de duas moléculas de ATP para a produção de açúcares fosfato: glicose-6-fosfato e frutose-1,6-bifosfato. Nas últimas cinco reações de glicólise, energia e quatro moléculas de ATP são geradas.

O ácido pirúvico é produzido a partir do ácido fosfoenolpirúvico ou fosfoenolpiruvato, em uma reação catalisada pela enzima piruvato quinase; uma enzima que requer Mg ²⁺ e K ⁺. Durante a reação, ocorre a produção de uma molécula de ATP.

O ácido pirúvico produzido pode ser utilizado em diversos eventos bioquímicos; dependendo se a glicólise foi realizada em condições aeróbias ou em condições anaeróbicas.

Em condições aeróbicas, o ácido pirúvico é transformado em acetilCoA, e este é incorporado ao ciclo de Krebs ou aos ácidos tricarboxílicos. A glicose acaba se transformando durante a cadeia de transporte eletrônico, processo que ocorre após a glicólise, em dióxido de carbono e água.

Em condições anaeróbicas, o ácido pirúvico é transformado em lactato pela ação da enzima desidrogenase láctica. Isso ocorre em organismos superiores, incluindo mamíferos e bactérias no leite.

No entanto, as leveduras fermentam o ácido pirúvico em acetaldeído pela ação da enzima piruvato descarboxilase. O acetaldeído é posteriormente transformado em etanol.

Propriedades

Fórmula molecular

C ₃ H ₄ O ₃

Nomes químicos

-Ácido pirúvico, -Ácido piroacêmico e

-2-oxopropiônico (nome IUPAC).

Massa molar

88,062 g / mol.

Descrição física

Líquido incolor, que também pode ser amarelado ou âmbar.

Odor

Odor pungente semelhante ao ácido acético.

Ponto de ebulição

54 ° C

Ponto de fusão

13,8 ° C

Densidade

1,272 g / cm ³ a 20 ° C

Solubilidade em água

10 ⁶ mg / L a 20 ° C; ou o que for igual, gera uma solução com concentração molar de 11,36 M.

Pressão de vapor

129 mmHg.

Coeficiente de partição octanol / água

Log P = -0,5

Acidez

pKa = 2,45 a 25 ºC

Índice de refração

η20D = 1,428

Temperatura de armazenamento

2 - 8 ºC

pH

1,2 na concentração de 90 g / L de água a 20 ºC.

Estabilidade

Estável, mas combustível. Incompatível com agentes oxidantes fortes e bases fortes. Ele se polimeriza e se decompõe durante o armazenamento se o recipiente não o proteger do ar e da luz.

Limiar de sabor

5 ppm.

Síntese

É preparado por aquecimento de ácido tartárico com bissulfato de potássio fundido (KHSO ₄), a uma temperatura de 210 ° C - 220 ° C. O produto da reação é purificado por destilação fracionada sob pressão reduzida.

Leveduras auxotróficas de tiamina são capazes de sintetizar ácido pirúvico quando cultivadas em glicerol e ácido propiônico. O ácido pirúvico tem um rendimento de 71% do glicerol.

O ácido pirúvico também é produzido pela oxidação do propilenoglicol com um oxidante como o permanganato de potássio.

Papel biológico

Destinos

O ácido pirúvico não é um nutriente essencial, pois é produzido em todos os organismos vivos; por exemplo, uma maçã vermelha contém 450 mg deste composto, o que constitui uma encruzilhada para o desenvolvimento de vários processos metabólicos.

Quando se forma durante a glicólise, pode ter vários destinos: tornar-se acetilCoA para ser utilizado no ciclo de Krebs; transformar em ácido láctico; ou em aminoácidos.

Além disso, o ácido pirúvico pode ser incorporado, sem a necessidade de conversão em acetilCoA, ao ciclo de Krebs por via anaplerótica.

Conversão para acetilCoA

Na conversão do ácido pirúvico em acetilCoA ocorre uma descarboxilação do ácido pirúvico, e o grupo acetil remanescente se combina com a coenzimaA para formar acetilCoA. É um processo complexo catalisado pela enzima piruvato desidrogenase.

Esta enzima forma um complexo com duas outras enzimas para catalisar a síntese de acetilCoA: dihidrolipoamida transacetilase e dihidrolipoamida desidrogenase. Além disso, cinco coenzimas participam da síntese: pirofosfato de tiamina, ácido lipóico, FADH ₂, NADH e CoA.

Nos casos de deficiência de vitamina B ₁ (tiamina), o ácido pirúvico se acumula nas estruturas nervosas. Além do acetilCoA proveniente do ácido pirúvico, o do metabolismo dos aminoácidos e da β-oxidação dos ácidos graxos é utilizado no ciclo de Krebs.

O acetil CoA de dois carbonos se combina com o oxaloacetato de quatro carbonos para formar o citrato de seis carbonos. Esse evento é seguido por uma seqüência de reações, que juntas são chamadas de ciclo de Krebs ou ciclo do ácido tricarboxílico.

ciclo de Krebs

No ciclo de Krebs, _{são produzidas} as coenzimas NADH e FADH ₂, que são utilizadas em uma sequência de reações envolvendo proteínas denominadas citocromos. Esse conjunto de reações é denominado cadeia de transporte eletrônico.

A cadeia de transporte de elétrons é acoplada à fosforilação oxidativa, uma atividade metabólica na qual o ATP é produzido. Para cada molécula de glicose metabolizada pela glicólise, cadeia de transporte de elétrons e fosforilação oxidativa, um total de 36 moléculas de ATP são produzidas.

Conversão para oxaloacetato

O ácido pirúvico, em uma reação anaplerótica, é carboxilado em oxaloacetato, ingressando no ciclo de Krebs. As reações anapleróticas suprem os componentes dos ciclos metabólicos, evitando sua exaustão. A conversão do ácido pirúvico em oxaloacetato é dependente do ATP.

Esta reação anaplerótica ocorre principalmente no fígado dos animais. O ácido pirúvico também é incorporado ao ciclo de Krebs, transformando-se em malato, em uma reação anaplerótica catalisada pela enzima málica utilizando o NADPH como coenzima.

Conversão para alanina

O ácido pirúvico em condições de fome sofre a incorporação de um grupo amino do ácido glutâmico nos músculos, transformando-se no aminoácido alanina. Esta reação é catalisada pela enzima alanina aminotransferase.

A alanina passa para o sangue e o processo inverso ocorre no fígado, transformando a alanina em ácido pirúvico, que por sua vez produz glicose. Essa sequência de eventos é chamada de Ciclo Cahill.

Conversão para lactato

Em células aeróbicas com uma alta taxa de glicólise, as moléculas NADH sintetizadas não são adequadamente convertidas em moléculas NAD na oxidação mitocondrial. Portanto, neste caso, como nas células anaeróbias, ocorre a redução do ácido pirúvico a lactato.

O exposto acima explica o que acontece durante o exercício intenso, durante o qual a glicólise e a produção de NADH são ativadas, onde este NADH é utilizado na redução do ácido pirúvico em ácido lático. Isso leva ao acúmulo de ácido láctico no músculo e, portanto, à dor.

Isso também ocorre em células eucarióticas, como bactérias de ácido láctico; é o caso dos lactobacilos. A conversão do ácido pirúvico em ácido láctico é catalisada pela enzima desidrogenase láctica que usa o NADH como coenzima.

Fermentação alcoólica

O ácido pirúvico, entre outros destinos, sofre fermentação alcoólica. Em uma primeira etapa, o ácido pirúvico sofre descarboxilação, dando origem ao composto acetaldeído. Esta reação é catalisada pela enzima piruvato descarboxilase.

Posteriormente, o acetaldeído é transformado em etanol, em uma reação catalisada pela enzima desidrogenase alcoólica que utiliza o NADH como coenzima.

Função antioxidante

O ácido pirúvico tem função antioxidante, eliminando espécies reativas de oxigênio, como peróxido de hidrogênio e peróxidos lipídicos. Os níveis suprafisiológicos de ácido pirúvico podem aumentar a concentração de glutationa celular reduzida.

Formulários

Usos médicos

O ácido pirúvico tem efeito inotrópico no músculo cardíaco, portanto, sua injeção ou infusão por via intracoronária aumenta a contratilidade ou força da contração muscular.

No entanto, alguns efeitos tóxicos desse procedimento devem ser considerados, pois uma criança que recebeu piruvato por via intravenosa para o tratamento de cardiomiopatia restritiva resultou em óbito.

Entre os possíveis mecanismos para explicar o efeito inotrópico do ácido pirúvico, está um aumento na geração de ATP e um aumento no potencial de fosforilação de ATP. Outra explicação é a ativação da piruvato desidrogenase.

O ácido pirúvico é vendido há muito tempo como um composto utilizável para perda de peso. Mas, em vários estudos, tem sido demonstrado que embora tenha efeito na redução de peso, é pequeno e seu uso para esse fim não é recomendado.

Além disso, há evidências de que a ingestão de cinco gramas de ácido pirúvico / dia tem efeito deletério no aparelho digestivo, evidenciado por desconforto abdominal e distorção abdominal, gases e diarreia.

Também foi observado aumento do colesterol da lipoproteína de baixa densidade (LDL), considerado “o colesterol ruim”.

Outros usos

O ácido pirúvico é usado como um agente aromatizante de alimentos. Também serve como matéria-prima para a síntese de L-triptofano, L-tirosina e 3,4-di-hidrofenilalanina em diversas indústrias.

Referências

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2. Centro Nacional de Informações sobre Biotecnologia. (2019). Ácido pirúvico. Banco de dados PubChem. CID = 1060. Recuperado de: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
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5. Drugbank. (2019). Ácido pirúvico. Recuperado de: drugbank.ca
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