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ピルビン酸

ピルビン酸(ピルビンさん、Pyruvic acid)は有機化合物の一種で、示性式が CH3COCOOH と表されるカルボン酸である。IUPAC命名法では 2-オキソプロパン酸 (2-oxopropanoic acid) と表される。α-ケトプロピオン酸 (α-ketopropionic acid) あるいは焦性ブドウ酸 (pyroracemic acid) とも呼ばれる。水、エタノール、エーテルなど、さまざまな極性溶媒無極性溶媒と任意な比率で混和する。酢酸に似た酸味臭を示す。2位のカルボニル基を還元すると乳酸となる。

生体内では解糖系による糖の酸化で生成する。

ピルビン酸デヒドロゲナーゼ複合体の作用により補酵素Aと結合するとアセチルCoAとなり、クエン酸回路脂肪酸合成系に組み込まれる。

また、グルタミン酸からアミノ基を転移されるとアラニンになる。

化学

1834年、テオフィル=ジュール・ペルーズ酒石酸L-酒石酸)およびブドウ酸(D-およびL-酒石酸の混合物)を蒸留し、焦性酒石酸(メチルコハク酸[1])およびもう一種の酸を単離した。後者は翌年イェンス・ヤコブ・ベルセリウスが分析を行いピルビン酸と命名した[2]。ピルビン酸は、酢酸に似た臭いの無色液体であり、混和する。実験室では、ピルビン酸は酒石酸および硫酸水素カリウムの混合物の加熱や[3]、強力な酸化剤(例えば過マンガン酸カリウム漂白剤)によるプロピレングリコール酸化塩化アセチルシアン化カリウムの反応によって得られるシアン化アセチルの加水分解などによって調製される。

<ce>{CH3COCl} + KCN -> {CH3COCN} + KCl</ce>
<ce>CH3COCN -> CH3COCOOH</ce>

生化学

ピルビン酸は生化学において重要な化合物である。ピルビン酸は解糖系として知られるグルコースの嫌気性代謝の生産物である[4]。グルコース1分子はピルビン酸2分子へと分解し[4]、ピルビン酸はさらにエネルギーを得るため2つの方法で使われる。ピルビン酸は、クレブス回路として知られる一連の反応の主要な材料であるアセチル補酵素Aへと変換される。また、ピルビン酸は補充反応によってオキサロ酢酸へ変換される。オキサロ酢酸はクレブス回路の中間体を補充し、糖新生にも使用される。これらの反応は、代謝過程の研究でフリッツ・アルベルト・リップマンと共に1953年のノーベル生理学・医学賞を受賞したハンス・アドルフ・クレーブスに因んで命名された。この回路はまた、クエン酸がこれらの反応中の中間体として生成するため、クエン酸回路あるいはトリカルボン酸 (TCA) 回路としても知られている。

十分な酸素が供給されない場合、ピルビン酸は嫌気的に分解され、動物では乳酸植物微生物ではエタノールが生成する。解糖系からのピルビン酸は乳酸発酵において乳酸脱水素酵素補酵素NADHを用いて、あるいはアルコール発酵においてアセトアルデヒド、さらにエタノールへと変換される。

ピルビン酸は代謝経路ネットワークの鍵となる交差点である。ピルビン酸は糖新生によって炭水化物アセチルCoAを介して脂肪酸あるいはエネルギー、アミノ酸アラニンエタノールへと変換することができる。ゆえに、いくつかの鍵代謝過程を一体化する。

ファイル:Blood values sorted by mass and molar concentration.png
血液検査の参考基準値。ピルビン酸(中央付近にスミレ色で示されている)の血中含量をその他の成分と比較している。

ピルビン酸誘導体のブロモピルビン酸は、抗がん剤候補として研究されている(ワールブルク仮説を参照)。

解糖系によるピルビン酸の産生

解糖系において、ホスホエノールピルビン酸 (PEP) はピルビン酸キナーゼによってピルビン酸へと変換される。この反応は強発エルゴン的、不可逆的である。糖新生では、ピルビン酸からPEPへの逆変換を触媒するために、ピルビン酸カルボキシラーゼホスホエノールピルビン酸カルボキシキナーゼの2種の酵素が使われる。

テンプレート:Enzymatic Reaction

アセチルCoAへの脱炭酸

ピルビン酸デヒドロゲナーゼ複合体によるピルビン酸の脱炭酸反応アセチルCoAを産生する。 テンプレート:Enzymatic Reaction

オキサロ酢酸へのカルボキシル化

ピルビン酸カルボキシラーゼによるカルボキシル化はオキサロ酢酸を産生する。 テンプレート:Enzymatic Reaction

アラニンへのアミノ基転移

アラニントランスアミナーゼによるアミノ基転移でアラニンが産生する。 テンプレート:Enzymatic Reaction

乳酸への還元

乳酸脱水素酵素による還元で乳酸が産生する。 テンプレート:Enzymatic Reaction

双方向伝達経路地図

テンプレート:TCACycle WP78

脚注

  1. Thomson, Thomas (1838). “II. Of fixed acids Section”, Chemistry of organic bodies, vegetables. London: J. B. Baillière. Retrieved on December 1, 2010. 
  2. Thorpe, Sir Thomas Edward (1922). “Glutaric acid”, A dictionary of applied chemistry. London: Longmans, Green, and Co., 426–427. Retrieved on December 1, 2010. 
  3. Organic Syntheses, Coll. Vol. 1, p.475 (1941); Vol. 4, p.63 (1925)
  4. 4.0 4.1 (2008) Principles of Biochemistry, 5th, New York, NY: W.H. Freeman and Company. ISBN 978-0-7167-7108-1. 

テンプレート:解糖系

テンプレート:非メバロン酸経路