Piruvát bélyegkép|Piruvát A piruvát elsősorban a glikolízis során glükózból és más monoszacharidokból képződő anyag. További metabolizmusa a sejt, illetve a szövet típusától és a metabolizmus állapotától függ. Sorsát meghatározza, hogy belép-e a mitokondriumba, vagy a citoszolban marad. A piruvát, mint anyagcseretermék az aerob és anaerob metabolizmusok találkozási pontja. A mitokondriális metabolizmus lehetőségét az oxigén jelenléte biztosítja.
Piruvát általános jellemzői A piruvát egy alfa-ketosav, a piroszőlősav savmaradékionja. A piroszőlősav (2-oxopropánsav) anyagcsere köztitermékből képződött piruvát a szénhidrátok és fehérjék lebontásának és felépítésének fontos kulcsmolekulája.
Piruvát reakciói bélyegkép|427x427px|A sejtlégzésben a piruvát is szerephez jut Laktát-dehidrogenáz Mikor a szövetek nem jutnak elegendő oxigénhez, vagyis az aerob oxidáció nem tud lejátszódni, akkor a piruvát anaerob körülmények között laktáttá redukálódik. A sejt számára ez az útvonal a metabolizmus szempontjából zsákutca, a katabolizmus, azaz lebontás végállomása. A szervezet számára azonban ez a reakció lehetőséget ad a piruvát transzportjára más sejtekbe. Ilyen transzportút az izmokban termelődő laktát transzportja a májba, ahol a laktát fontos glikogénprekurzor. Ezt a folyamatot nevezzük Cori-ciklusnak. A Cori-ciklus a máj és az extrahepatikus, vagyis a májon kívüli szervek/szövetek közötti munkamegosztás és tápanyagforgalom együttesen. A piruvát laktát és alanin formájában kerülhet a májba, ahol a hepatociták, a májsejtek felveszik azokat, majd újra piruvátot készítenek belőlük, abból pedig glükózt vagy glikogént. A folyamat lényege a glükoneogenezis.glükoneogenezis A májban újonnan keletkezett glükóz a keringés útján jut el a célszervekhez.
A piruvát → laktát átalakulás
A piruvát-laktát átalakulást a laktát-dehidrogenáz katalizálja. A reakció reverzibilis és a citoszolban játszódik le. Glikolízisben a gliceraldehid-3-foszfát oxidációjához folyamatosan NAD+-ra van szükség. Ha a NADH nem tud oxidálódni, azaz NAD+-dá alakulni (mert nincs mitokondrium vagy nincs oxigén), akkor a laktát-dehidrogenáz oxidálja. Ez a reakció elengedhetetlen a folyamatos glikolízishez. A keletkezett laktát is csak NAD+-dal tud visszaalakulni, de ehhez is aerob körülmények kellenek. Ha nincs rá lehetőség, akkor zajlik le a Cori-kör.
bélyeg|300px|középre|A laktát-dehidrogenáz által katalizált reakció
A legjelentősebben a vörösvértestekben termelődik laktát, mert nincsen bennük mitokondrium, így az egyedüli ATP termelő folyamat bennük a glikolízis. A vörösvértesteken kívül minden szövetben keletkezik laktát kisebb-nagyobb mennyiségben. Harántcsíkolt izomban a fokozott izommunka során relatív hypoxia, azaz oxigénhiányos állapot jön létre, emiatt az anaerob glikolízis kerül előtérbe. Az izommunka miatt glükózból illetve a glikogénraktárakból is rengeteg piruvát képződik, amit a citromsavciklus nem tud felvenni, illetve a relatív hypoxia miatt laktát keletkezik belőle. A laktát a Cori-körön keresztül a májba jut, ahol a laktátból újra piruvát lesz, amiből újra glükóz keletkezik. Az izomban 1 glükózmolekulából anaerob körülmények között 2 laktát keletkezik, illetve 2 H+ (hidrogén-ion) szabadul fel. Ennek következményeképpen az izom pH=6,4 lesz. Ezen a pH-n az izomműködés átmenetileg kiesést szenved, illetve fáradt lesz és a glikolízis is leáll.
Alanin-aminotranszferáz (ALAT) A piruvát-alanin átalakulás a szénhidrát és az aminosav anyagcsere kapcsolatát biztosítja. Több aminosav katabolizmusa ezen a transzaminálási reakción keresztül kapcsolódik a metabolizmushoz, illetve ez a reakció több aminosav de novoÚjonnan, először. szintézisének is a lépése. Extrahepatikus szövetekben/szervekben (pl.: izom), a piruvátból transzaminálással alanin képződik, ami a májba szállítódik, ahol az alanin-ciklus lejátszódik. A piruvátnak ez a második útja, hogy a májba jusson. Azokat az aminosavakat, melyekből az alanin-ciklus során a májban újra glükóz keletkezhet, glükoplasztikus aminosavaknak nevezzük. Minden aminosav glükoplasztikus aminosav, kivéve a lizin és a leucin. Így az alanin is egy glükózprekurzor. A transzaminálási reakciók az aminosavak szintetizálására vagy lebontására szolgálnak. A reakció során alfa-ketonsavból alfa-aminosav keletkezik.
A piruvát → alanin átalakulás
A reakciót az alanin-aminotranszferáz, ALAT végzi. Ez a reakció a citoszolban játszódik le és reverzibilis. Az enzim PLP-vel működik, ami a piridoxál-foszfát, a B6 vitamin származéka. Az enzim egyik lizinje és a piridoxál-foszfát között Schiff-bázis jön létre, amely helyettesíthető szabad aminosavval. Ezután az aminosav és a PLP között jön létre kötésátrendeződés, és piridoxamin-foszfat keletkezik, melynek következményeképpen az aminosavból keletkezett ketosav leválik az enzimről.
keretezett|középre|Alanin-aminotranszferáz által katalizált reakció
A szervezetben az izomszövet fehérjetartalma a legnagyobb, ami mobilizálható is. A transzaminálási kapacitás az izomban nagy, ezért a szervezetbe kerülő aminosavak nagy része a vázizmokban és a szívizomban bomlik le.
Piruvát-dehidrogenáz komplex A piruvát-acetil-CoA átalakulás során keletkező acetil-CoA a mitokondriumban képződik. Ez a folyamat oxigént igényel, vagyis aerob. Acetil-CoA keletkezhet a mitokondriumban a piruvát oxidatív dekarboxilezése, a zsírsavak oxidációja illetve egyes ketogén aminosavak lebontása során is. A piruvát-dehidrogenáz komplex által katalizált reakció a glükózdependens sejtekAzokat a sejteket nevezzük glükózdependens sejteknek, melyek kizárólag glükózzal képesek táplálkozni. Ilyen szövet például a vázizomszövet és a zsírszövet. számára alapvető. A szervezet glikogénmetabolitjainak anyagcseréje szempontjából rendkívül fontos szabályozási pont.
A piruvát → acetil-CoA átalakulás
A piruvát-acetil-CoA átalakulást a piruvát-dehidrogenáz komplex nevű enzim katalizálja. Az enzim TPP, FAD és lipoát segítségével működik. A TPP a tiamin-pirofoszfát, mely az enzim koenzime, és B1-vitamin- (tiamin-) származék. A mitokondrium külső membránján a pórusokon átjut passzívan, viszont a belső membránon piruvát/H+ szimporttal tud bejutni aktívan a mátrixba. Ez egy mitokondriumban lejátszódó irreverzibilis, azaz megfordíthatatlan folyamat. A mitokondriumban a glükogén és a ketogén út szétválik. Acetil-CoA keletkezésével a glikogénprekurzor elvész, tehát ez a ketogén út. Az enzimnek három alegysége van: a piruvát-dehidrogenáz, a dihidrolipoil-transzacetiláz és a dihidrolipoil-dehidrogenáz.
keretezett|középre|A piruvát-dehidrogenáz komplex által katalizált reakció
Mivel a reakció a mitokondriumban játszódik le, ezért olyan sejtekben figyelhetjük meg, melyekben rengeteg mitokondrium található. Nagy mennyiségben a szívizomban, a vesében, agyban és a májban játszódik le ez a reakció. A májban az inzulin szintjének növekedése hatására a piruvát koncentráció is megnő. Ez a folyamat fokozza a piruvát-dehidrogenáz komplex aktivitását fokozza. Az acetil-CoA a reakció után számos más folyamatokba vehet részt: A citromsavciklusba belép, ott továbboxidálódik, melynek következményeképpen energia szabadul fel. Az acetil-CoA citrát formájában is felszabadulhat, transzportálódhat a citoszolba, ahol zsírsav- és szteroidszintézis előanyaga lehet. Ezáltal energiaraktározó és bioszintetikus funkciót tölt be. A májban ketontestek képződhetnek belőle, melyek tápanyagként szolgálnak szerveknek cukorhiány estén (pl.: agynak), illetve energiatranszferként. Éhezésben megnő a ketontestek szerepe.
Piruvát-karboxiláz A piruvát-oxálacetát átalakulás mitokondriumban lejátszódó folyamat, vagyis oxigént igényel. A reakció során oxálacetát keletkezik, ezáltal ezt a reakciót a citromsavciklus anaplerotikus, azaz feltöltő folyamatának is tekinthetjük.
A piruvát → oxálacetát átalakulás
Mitokondriumban lejátszódó irreverzibilis reakció, mely során a glükogénprekurzort nem veszítjük el, azaz glükogén-út. A reakciót a piruvát-karboxiláz enzim katalizálja, melynek biotin a prosztetikus csoportja. Az enzim katalizálja a CO2 (szén-dioxid) fixálást. A reakció allosztérikusAz allosztérikus szabályozás lényege, hogy egy szubsztráttól különböző molekula bekötődik az enzim regulatórikus helyére, mely nem az aktív centruma, ezáltal annak aktivitását képes befolyásolni. serkentője az acetil-CoA. Emelkedett acetil-CoA szint serkenti a piruvát-oxálacetát átalakulást, melynek következményeképpen a citromsavciklus több acetil-CoA-t lesz képes felvenni. Az oxálacetát mennyisége szabályozza a ciklus sebességét.
keretezett|középre|A piruvát-karboxiláz által katalizált reakció
A reakció után az oxálacetát sorsa: Májban glükóz de novo szintézisére képes a reakció. Vesében szintén fontos a reakció, mert a keletkezett oxálacetát elhagyhatja a citromsavciklust, mint glükoneogenezisCukor újraképződés. intermedier közvetve.
Malát-enzim A piruvát-malát átalakulás a citromsavciklus intermedierjeit pótló reakció, azaz anaplerotikus.
A piruvát → malát átalakulás
A reakció a citoszolban játszódik le. Reverzibilis folyamat, és főleg malát → piruvát irányba játszódik le. Ez esetben NAD(P)H + H+ keletkezik, ami a zsírsavszintézishez elengedhetetlen. A reakció piruvát → malát irányban NAD(P)H + H+-t használ, illetve HCO3--ot.
keretezett|középre|A malát enzim által katalizált reakció
Piruvát-dekarboxiláz Az anaerob glikolízis másik formája a tejsavas erjedés mellett az alkoholos erjedés. Ez a reakció mikroorganizmusokban jellemző, emberi szervezetben nem.
A piruvát → etanol átalakulás
A reakció két lépésben játszódik le. Először piruvátból a piruvát-dekarboxiláz enzim segítségével egy reverzibilis reakció során acetaldehid keletkezik. Ekkor CO2 szabadul fel. A koenzim a TPP. Ezután az acetaldehidből etanol keletkezik az alkohol-dehidrogenáz enzim segítségével. Ez a reakció is reverzibilis illetve NADH + H+-t használ.
keretezett|középre|A piruvát-dekarboxiláz által katalizált reakció, melyben etanol keletkezik
Emberi szervezetben az etanolt a máj lebontja. Etanolból az alkohol-dehidrogenáz acetaldehidet készít, melyből az aldehid-dehidrogenáz acetátot.
Kapcsolódó anyagcsere-betegségek Laktát-dehidrogenáz-hiány A laktát-dehidrogenáz enzim M és H alegységekből felépülő tetramer,Négy alegységből felépülő egység. melynek szövetspecifikus izoenzimAz izoenzimek olyan enzimek, melyeknek aminosavsorrendje más, de ugyazt a kémiai reakciót katalizálják. mintázatai is vannak. Diagnosztikai jellegű, ha valamely szövetspecifikus izoenzime megjelezik a szérumban, mert az az adott szervnek a károsodását jelzi, például máj, szív, tüdő.
Az enzim mindkét alegységében felléphetnek mutációk, melynek következményeképpen az enzimaktivitás csökken, instabillá válik. Az M alegység hiánya okoz klinikai tüneteket. Izomgyengeség, izomfáradás, terhelésre rhabdomyolysis,A rhabdomyolysis egy vázizom károsdásával, szétesésével járó betegség. vagyis az izomszövet szétesése, pusztulása figyelhető meg. Ha leszorítással ischaemiássáLatin: ischaemia (isémia vagy iszkémia) sejtek, szerv helyi vérellátási zavara, melyet artériás elzáródás okoz. Így a szövetek oxigénhiányos állapotba kerülnek, ami görcsös fájdalmat vált ki. Az artériák szűkületét általában az artériafal megkeményedésével járó érelmeszesedés (atherosclerosis) miatt bekövetkező sérülés és vérrögképződés (atherotrombosis) okozza. A vérrögképződés helyétől függően az ischaemia okozhat a szívkoszorúerekben szívizominfarktust, az agyi erekben szélütést (stroke-ot), az alsó végtagot ellátó artériák elzáródásakor járási panaszokat, akár lábüszkösödést. tesszük az izmot, azaz helyi vérellátási zavart hozunk létre, akkor a munkavégzés során a vérben a piruvát szintje nő meg, a laktáté nem.
Wernicke-Korsakoff-szindróma