حمض البيروفيك

حمض البيروفيك ( _CH₃COCOOH ) هو أبسط أحماض ألفا كيتو ، ويحتوي على مجموعة وظيفية من حمض الكربوكسيل ومجموعة كيتون . أما البيروفات ، وهو القاعدة المرافقة ( _{CH₃COCOO⁻} ) ^، فهو وسيط في العديد من المسارات الأيضية داخل الخلية.

يمكن تصنيع حمض البيروفيك من الجلوكوز من خلال عملية تحلل الجلوكوز ، أو تحويله مرة أخرى إلى كربوهيدرات (مثل الجلوكوز) عبر عملية استحداث الجلوكوز ، أو تحويله إلى أحماض دهنية من خلال تفاعله مع أسيتيل مرافق الإنزيم أ . ^{[ 3 ]} كما يمكن استخدامه لبناء الحمض الأميني ألانين، ويمكن تحويله إلى إيثانول أو حمض اللاكتيك عن طريق التخمر .

يُزوّد ​​حمض البيروفيك الخلايا بالطاقة من خلال دورة حمض الستريك (المعروفة أيضًا بدورة كريبس) عند وجود الأكسجين ( التنفس الهوائي )، وبدلاً من ذلك يتخمر لإنتاج اللاكتات عند نقص الأكسجين. ^{[ 4 ]}

في عام 1834، قام ثيوفيل-جول بيلوز بتقطير حمض الطرطريك وعزل حمض الجلوتاريك وحمض عضوي آخر غير معروف. وفي العام التالي، قام يونس جاكوب بيرزيليوس بتوصيف هذا الحمض الآخر وأطلق عليه اسم حمض البيروفيك لأنه تم تقطيره باستخدام الحرارة. ^{[ 5 ] [ 6 ]} وتم استنتاج التركيب الجزيئي الصحيح بحلول سبعينيات القرن التاسع عشر. ^{[ 7 ]}

يُحضّر حمض البيروفيك بمعالجة حمض الطرطريك بحمض آخر. ^{[ 8 ]} كما يمكن إنتاجه بأكسدة البروبيلين جليكول باستخدام برمنجنات البوتاسيوم أو المُبيّض . ويمثل تحلل أسيتيل سيانيد ، الناتج عن تفاعل أسيتيل كلوريد مع سيانيد البوتاسيوم ، طريقة أخرى.

CH₃COCN + _2H₂O → _{CH₃COCO₂H +} NH₃_​​_​

يتبلور حمض البيروفيك على هيئة حمض كيتوني، وليس إينولي . تقع الذرات الست غير الهيدروجينية تقريبًا في مستوى واحد. أما ما يهم الكيمياء الحيوية أكثر فهو بنية أنيون البيروفات. وقد خضعت عدة أملاح من البيروفات للدراسة باستخدام تقنية حيود الأشعة السينية . وتؤكد هذه الاختبارات وجود أنيون البيروفات أيضًا في صورة كيتونية. ^{[ 9 ] [ 10 ]}

باعتباره مركباً بسيطاً ووفيراً وثنائي الوظيفة ، فقد ثبت أن حمض البيروفيك يشارك في العديد من التفاعلات. يتفاعل البيروفات مع الأحماض الأمينية لإنتاج الألانين من خلال عملية تسمى نقل الأمين .

CH ₃ C(O)CO − 2 + RCH ₂ NH ₂ → CH ₃ CH(NH ₂ )CO − 2 + RCHO

يتكثف حمض البيروفيك ذاتيًا ليعطي حمض الزيمونيك ، وهو ثنائي حلقي مجفف:

2 CH ₃ C(O)CO ₂ H → (O=C)(HOC)(HC)C(CH ₃ )(CO ₂ H) + H ₂ O

يمكن إحداث الجفاف عن طريق تقطير حمض البيروفيك. ^{[ 11 ]} بدوره، يشكل حمض الزيمونيك مجموعة متنوعة من المشتقات في المحلول المائي. ^{[ 12 ]}

يُعد حمض البيروفيك مُركبًا أوليًا للعديد من أنواع المركبات الحلقية غير المتجانسة . عند معالجته بالفينيثيلامين ، يُعطي رباعي هيدروإيزوكينولين من خلال عملية تكثيف/أسيلة متسلسلة ( تفاعل بيشلر-نابيرالسكي ). يتكثف مع أورثو-فينيلين ديامين ليعطي الكينوكسالينات . يُعطي التكثيف مع 4،5-ديامينوبيريميدين هيدروكسي بتريدينات . ^{[ 13 ]}

يُعدّ البيروفات عنصرًا هامًا في الكيمياء الحيوية ، فهو ناتج عملية استقلاب الجلوكوز المعروفة باسم تحلل الجلوكوز . ^{[ 14 ]} يتحلل جزيء واحد من الجلوكوز إلى جزيئين من البيروفات، ^{[ 14 ]} واللذان يُستخدمان بعد ذلك لتوفير المزيد من الطاقة، بإحدى طريقتين: إما أن يتحول البيروفات إلى أسيتيل مرافق الإنزيم أ ، وهو المدخل الرئيسي لسلسلة من التفاعلات تُعرف بدورة كريبس (وتُعرف أيضًا بدورة حمض الستريك أو دورة حمض الستريك). أو يتحول البيروفات إلى أوكسالوأسيتات من خلال تفاعل تجديدي ، يُعيد ملء وسائط دورة كريبس؛ كما يُستخدم الأوكسالوأسيتات في عملية استحداث الجلوكوز . ^{[ 15 ]}

سُميت هذه التفاعلات نسبةً إلى هانز أدولف كريبس ، عالم الكيمياء الحيوية الحائز على جائزة نوبل في علم وظائف الأعضاء عام 1953، مناصفةً مع فريتز ليبمان ، لأبحاثهما في العمليات الأيضية. تُعرف هذه الدورة أيضًا بدورة حمض الستريك أو دورة حمض الستريك، لأن حمض الستريك أحد المركبات الوسيطة المتكونة خلال هذه التفاعلات.

في حال عدم توفر كمية كافية من الأكسجين، يتحلل الحمض لا هوائياً ، مُنتجاً اللاكتات في الحيوانات والإيثانول في النباتات والكائنات الدقيقة (وفي الكارب ^{[ 16 ]} ). يتحول البيروفات الناتج عن تحلل الجلوكوز عن طريق التخمر إلى لاكتات باستخدام إنزيم نازعة هيدروجين اللاكتات والإنزيم المساعد NADH في تخمر اللاكتات ، أو إلى أسيتالدهيد (باستخدام إنزيم نازعة كربوكسيل البيروفات ) ثم إلى إيثانول في التخمر الكحولي .

يُعد البيروفات نقطة التقاء رئيسية في شبكة المسارات الأيضية . إذ يمكن تحويله إلى كربوهيدرات عبر عملية استحداث الجلوكوز ، وإلى أحماض دهنية أو طاقة عبر أسيتيل مرافق الإنزيم أ ، وإلى حمض الألانين الأميني ، وإلى الإيثانول . ولذلك، فهو يربط بين العديد من العمليات الأيضية الرئيسية. ^{[ 17 ]}

إنتاج حمض البيروفيك عن طريق تحلل الجلوكوز

في الخطوة الأخيرة من عملية تحلل الجلوكوز ، يتحول الفوسفينول بيروفات (PEP) إلى بيروفات بواسطة إنزيم بيروفات كيناز . هذا التفاعل طارد للطاقة بشدة وغير قابل للانعكاس؛ أما في عملية استحداث الجلوكوز ، فيتطلب الأمر إنزيمين، هما بيروفات كاربوكسيلاز و PEP كاربوكسي كيناز ، لتحفيز التحول العكسي للبيروفات إلى PEP.

فوسفينول بيروفات	إنزيم بيروفات كيناز		حمض البيروفيك
	ADP	ATP
	ADP	ATP
	إنزيم بيروفات كاربوكسيلاز وإنزيم PEP كاربوكسي كيناز

المركب C00074 في قاعدة بيانات مسارات KEGG . الإنزيم 2.7.1.40 في قاعدة بيانات مسارات KEGG . المركب C00022 في قاعدة بيانات مسارات KEGG .

انقر على الجينات والبروتينات والمستقلبات أدناه للانتقال إلى المقالات ذات الصلة. ^{[ § 1 ]}

[[ملف:

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

[[

]]

]]

تحرير عملية تحلل الجلوكوز وتكوين الجلوكوز

1. ↑ يمكن تعديل خريطة المسار التفاعلية على WikiPathways: "GlycolysisGluconeogenesis_WP534" .

إزالة الكربوكسيل إلى أسيتيل مرافق الإنزيم أ

ينتج عن عملية نزع الكربوكسيل من البيروفات بواسطة مركب نازعة هيدروجين البيروفات أسيتيل-CoA .

البيروفات	مركب نازعة هيدروجين البيروفات		أسيتيل-CoA
	CoA + NAD +	CO₂ + NADH + H⁺​​

الكربوكسيل إلى أوكسالوأسيتات

ينتج عن عملية الكربوكسيل بواسطة إنزيم بيروفات كاربوكسيلاز أوكسالوأسيتات .

البيروفات	بيروفات كاربوكسيلاز		أوكسالوأسيتات
	ATP + CO 2	ADP + Pi​

تحويل الأمين إلى ألانين

ينتج عن عملية نقل الأمين بواسطة إنزيم ناقل أمين الألانين الألانين .

البيروفات	ناقلة أمين الألانين		ألانين
	الغلوتامات	ألفا-كيتوغلوتارات
	الغلوتامات	ألفا-كيتوغلوتارات

الاختزال إلى اللاكتات

يؤدي الاختزال بواسطة إنزيم نازعة هيدروجين اللاكتات إلى إنتاج اللاكتات .

البيروفات	نازعة هيدروجين اللاكتات		اللاكتات
	NADH	NAD +
	NADH	NAD +

إلى جانب دوره الرئيسي في وظائف الكائنات الحية، يُعد حمض البيروفيك ذا أهمية ككاشف في تخليق المركبات العضوية المتخصصة كما نوقش أعلاه في قسم التفاعلية. ^{[ 13 ]}

• مقياس البيروفات
• حمض اليوفيتونيك

• كودي، جي دي؛ بوكتور، إن زد؛ فيلي، تي آر؛ هازن، آر إم؛ سكوت، جيه إتش؛ شارما، إيه؛ يودر، إتش إس جونيور (2000). "مركبات الحديد والكبريت الكربونيلية البدائية وتخليق البيروفات". مجلة ساينس . 289 (5483): 1337-1340 . رمز Bibcode : 2000Sci...289.1337C . doi : 10.1126/science.289.5483.1337 . PMID 10958777. S2CID 14911449 .  

• طيف الكتلة لحمض البيروفيك