Что такое пировиноградная кислота
ПИРОВИНОГРАДНАЯ КИСЛОТА
Пировиноградная кислота (син. альфа-кетопропионовая кислота, ацетилмуравьиная кислота, пирувиновая кислота, пируват) — простейшая кетокислота, занимает центральное место в превращениях углеводов, участвует в обмене аминокислот, важнейший продукт обмена веществ у животных, в т. ч. и у человека. Изменение содержания Пировиноградной кислоты в биологических жидкостях и тканях человека происходит при некоторых физиологических и патологических состояниях, однако в клинике в целях диагностики эти данные пока не используются. Пировиноградную кислоту используют при производстве лекарственного препарата цинхофена (см.).
В крови здоровых людей содержится 0,5—1 мг/100 мл Пировиноградной кислоты, причем она обнаруживается преимущественно в форменных элементах крови. В моче в норме содержится ок. 2 мг/100 мл Пировиноградной к-ты; у здоровых людей с мочой выделяется от 10 до 25 мг Пировиноградной кислоты в сутки.
Существует П. к. в двух таутомерных формах: енольной, более реакционноспособной (I) и кетонной, более устойчивой при физиологических значениях pH (II):
Пировиноградная кислота — бесцветная жидкость с резким запахом, мол. вес (масса) 88,06, t°пл 13,6°, t°кип 165° (при 760 мм рт. ст., с частичным разложением); смешивается с водой, спиртом и эфиром. П. к. обладает хим. свойствами кетонов и альфа-кетокарбоновых кислот.
В биохимических исследованиях используют хорошо растворимые в воде натриевые и калиевые соли П. к. Получают П. к. сухой перегонкой винной или виноградной к-т в присутствии сульфата калия (KHSO4); другими методами получения П. к. являются щелочной гидролиз α,α’-дихлорпропионовой к-ты, кетонное расщепление щавелево-уксусного эфира, кислый гидролиз ацетонитрила, окисление молочной к-ты.
Пировиноградная кислота образуется в организме в процессе гликолиза (см.) из богатой энергией фосфоднолпировиноградной к-ты под действием пируваткиназы (КФ 2. 7. 1. 40). Далее П. к. может быть под действием лактатдегидрогеназы (см.) восстановлена в молочную к-ту (такое превращение П. к. происходит при гликолизе в мышцах и при бактериальном молочнокислом брожении), путем декарбоксилирования и восстановления П. к. при спиртовом брожении (см.) превращается в этанол. В аэробных условиях происходит окислительное декарбоксилирование (см.) П. к. при участии пируватдегидрогеназного мультиферментного комплекса (КФ 1. 2. 2. 2) и КоА с образованием ацетил-КоА. Этот процесс является необходимой стадией тканевого обмена вещества, в результате которой углеводы, «сгорая» в цикле Трикарбоновых к-т (см. Трикарбоновых кислот цикл), выступают в качестве энергетического субстрата. Благодаря превращению в ацетил-КоА П. к. включается также в метаболизм липидов и других физиологически важных соединений, напр, ацетилхолина.
Ферментативное карбоксилирование Пировиноградной кислоты, происходящее в митохондриях печени и почек, приводит к образованию щавелево-уксусной к-ты (оксалоацетата) — исходного соединения при биосинтезе глюкозы (глюконеогенеза) в организме животных и человека. В сердечной мышце и в других мышцах в результате карбоксилирования П. к., сочетанного с действием малатдегидрогеназы (см.), образуется яблочная к-та (малат).
Пировиноградная кислота играет важную роль в обмене аминокислот. Под действием аланин-аминотрансферазы (КФ 2. 6.1.2) осуществляется перенос альфа-аминогрупп различных аминокислот к α-углеродному атому П. к. с образованием аланина и соответствующей кетокислоты (см. Трансаминирование). Регенерация П. к. происходит в реакции трансаминирования аланина и альфа-кетоглутаровой к-ты. П. к. образуется также при неокислительном дезаминировании серина, десульфгидрировании цистеина, расщеплении триптофана и тирозина ферментами микроорганизмов.
Для количественного определения Пировиноградной кислоты разработан ряд колориметрических методов, основанных на реакциях П. к. с нитропруссидом натрия, альфа- или бета-нафтолом, фенилгидразином, 2,4-динитрофе-нилгидразином, салициловым альдегидом. Наиболее распространенным является определение П. к. по реакции с 2,4-динитрофенилгидразином, на которой основано обнаружение П. к.; в крови — методом Умбрайта и методом Лю, в моче — методом Фридеманна — Хаугена. 2,4-Динитрофенилгидразон П. к., образующийся при взаимодействии П. к. с кислым р-ром 2,4-динитрофенилгидразина, в отличие от гид-разонов других кетокислот хорошо растворим в толуоле, которым его и экстрагируют из реакционной смеси. После добавления к толуольному экстракту спиртового р-ра щелочи появляется красно-коричневая окраска, интенсивность которой определяют колориметрированием. Одной из модификаций метода Умбрайта является определение П. к. крови по реакции с 2,4-динитрофенилгидразином в водном р-ре без применения толуола и спирта. При наличии в биол, материале, кроме П. к., большого количества других кетокислот хорошие результаты дает хроматография (см). или электрофорез на бумаге (см. Электрофорез) динитрофенилгидразонов кетокислот.
Распространен также колориметрический метод определения Пировиноградной кислоты по интенсивности желтой окраски, возникающей при реакции П. к. с салициловым альдегидом в сильнощелочнсй среде. Бисульфитный метод определения П. к. основан на реакции П. к. с гидросульфитом калия (KHSO3) или натрия (NaHSO3) в кислой среде с последующим разложением бисульфитного производного П. к. бикарбонатом натрия и титрованием освободившегося бисульфита йодом. Наиболее чувствительный и специфический ферментативный метод определения П. к. крови по Глостеру и Харрису основан на восстановлении П. к. под действием лактатдегидрогеназы в присутствии восстановленного НАД (НАД-H), окисление которого регистрируется спектрофотометрически при 340 нм.
Повышение содержания Пировиноградной кислоты в организме здоровых людей происходит после массивной нагрузки глюкозой, при тяжелой мышечной работе, в условиях пониженного парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе, в частности при пребывании на высоте. Изменение содержания П. к. в биологических жидкостях и тканях организма может свидетельствовать и о нарушении обмена веществ. Повышение концентрации П. к. в крови (пируватемия) наблюдается при многих патологических процессах: недостатке в организме тиамина (витамина B1), тяжелой сердечной недостаточности, ревмокардите, болезнях печени, уремии, некоторых формах нефрита, хроническом тонзиллите, при ряде легочных заболеваний, менингите различной этиологии и некоторых других острых инфекциях, злокачественных новообразованиях, сахарном диабете, лучевой болезни, отравлениях мышьяком, сурьмой, ртутью и т. д. В цереброспинальной жидкости отмечено резкое повышение концентрации П. к. после травм и при воспалительных процессах (менингит, абсцесс мозга). Накопление П. к. в нервной ткани наблюдается при полиневритах. Содержание П. к. в крови несколько уменьшается при наркозе. В моче концентрация П. к. повышается при тяжелой почечной недостаточности, лечении стрептомицином туберкулеза почек, легких, мозга и т. д.
Содержание в организме Пировиноградной кислоты тесно связано с содержанием продукта восстановления П. к.— молочной к-ты. Количественное соотношение этих к-т в крови является показателем соотношения интенсивности гликолитических и окислительных превращений углеводов. В крови здоровых людей величина отношения пируват/лактат равна в среднем 10 (9,3—14,3), а ее изменение указывает на нарушение нормального метаболизма. Определение величины отношения пируват/лактат в крови может быть полезным в клинике; напр., величина этого отношения, являющаяся показателем обеспеченности организма кислородом, может быть использована как критерий оценки тяжести острой сердечной недостаточности.
При олигофрении (см.) в организме накапливается производное Пировиноградной кислоты — фенилпировиноградная кислота.
Библиография: Бабаскин П. М. Метод определения пировиноградной кислоты в крови, Лаборат. дело, № 7, с. 497, 1976; Биохимические методы исследования в клинике, под ред. А. А. Покровского, с. 112 и др., М., 1969: Ленинджер А. Биохимия, пер. с англ., М., 1976; Мешкова Н. П. и Северин С. Е. Практикум по биохимии животных, М., 1950; Mc Murray V. С. Essential of human metabolism, the relationship of biochemistry to human physiology and disease, Hagerstown, 1977; Rapoport S. M. Medizinische Biochemie, B., 1977.
Пировиноградная кислота — свойства, действие и применение
Пировиноградная кислота как органическая кетокислота относительно малоизвестна, однако она является чрезвычайно важным элементом во многих биохимических процессах. Присутствующая в каждой клетке нашего тела, она стала объектом пристального внимания ученых. Как потенциальное лекарство от некоторых серьезных проблем со здоровьем. Самое распространенное применение пировиноградная кислота в настоящее время имеет в области дерматологии и косметики.
В 1834 году французский химик Теофиль-Жюль Пелуз перегонял винную кислоту в своей лаборатории и в результате получил глутаровую кислоту и вторую, неизвестную кислоту. Год спустя его описал шведский исследователь Йонс Якоб Берцелиус, который также придумал название «пировиноградная кислота», относящееся к пиролизу или сухой перегонке при высоких температурах. Однако только в следующем столетии была определена роль, которую это соединение играет в живых организмах — речь идет прежде всего о так называемых циклах Кребса, за исследование которых в 1953 году Ганс Адольф Кребс получил Нобелевскую премию.
Откуда берется пировиноградная кислота?
Чистая пировиноградная кислота представляет собой прозрачную жидкость с немного уксусным запахом, прекрасно смешивается с водой и имеет температуру кипения всего 54° C. Формула молекулы пировиноградная кислоты обозначается как CH3(CO)COOH, а ее альтернативное химическое название — 2-оксопропановая кислота. По химическому составу он относится к группе альфа-кетокислот.
В организме человека и других живых организмов пировиноградная кислота вырабатывается в клетках тела в результате гликолиза, то есть распада молекулы глюкозы на две молекулы пирувата. Эти отношения имеют решающее значение для функционирования тела, потому что они дают нам энергию.
Сам процесс следует двум основным схемам. Первый из них происходит в присутствии кислорода и называется вышеупомянутым циклом Кребса (также известным как цикл лимонной кислоты) — обусловливающим работу митохондрий. С другой стороны, когда в клетке нет кислорода, превращение глюкозы обеспечивает клетки чистой энергией и позволяет им дышать.
Также существует возможность биологического превращения пировиноградной кислоты в жирные кислоты или молочную кислоту путем ферментации. Так что можно с уверенностью сказать, что пировиноградная кислота является неотъемлемым элементом всех жизненных процессов!
В лабораторных условиях пировиноградную кислоту можно получить гидролизом винной кислоты, окислением пропиленгликоля или гидролизом цианида ацетила. Более того, помимо мяса, в котором его довольно много, источником пировиноградной кислоты являются также отдельные овощи и фрукты — особенно полезными в этом отношении считаются красное вино и темное пиво.
Кетокислота как лекарственное средство
Пировиноградная кислота доступна как добавка и внутривенное лекарство. Но почему мы должны принимать соединение, которое наш организм производит из глюкозы самостоятельно? Что ж, научные исследования показывают, что дополнительный запас пировиноградной кислоты может иметь потенциально благотворное влияние на здоровье.
Прежде всего, добавка рекламируется как средство для похудения. Этот механизм должен ускорить расщепление жира в организме.
Для лечения прыщей и акне на лице
Обычные прыщи, т.е. юношеские угри, остается одной из ключевых дерматологических проблем, значительно ухудшающих качество жизни миллионов людей во всем мире. Если не лечить, это приводит к обезображиванию рубцов и гиперпигментации.
Механизм, вероятно, основан на четырех процессах:
Сегодня химический пилинг, основанный на отшелушивании эпидермиса, считается наиболее эффективным средством местного лечения акне. В пилингах обычно используются гликолевая кислота, салициловая кислота и пировиноградная кислота.
пилинг-терапия с пировиноградной кислотой
В результате пировиноградная кислота не только снимает воспаление, уменьшает и устраняет черные точки, угри и даже кисты, но также снижает риск неприглядного обесцвечивания.
Другие косметические применения пировиноградной кислоты
Внешнее применение пировиноградной кислоты может иметь и другие преимущества. Прежде всего, отмечается, что рубцы, особенно шрамы от угревой сыпи, будут неглубокими и однородными по цвету. Кроме того, пировиноградная кислота, благодаря своим отшелушивающим свойствам, может использоваться в качестве омолаживающей терапии для зрелой кожи. По мнению ученых, он активно стимулирует выработку коллагена в коже, что позволяет улучшить ее структуру и восстановить упругость.
Также предполагается, что пировиноградная кислота решает ряд проблем, традиционно связанных с подростковым возрастом, но не ограничивается этим. К ним относятся:
В какой форме можно использовать пировиноградную кислоту?
В салонах красоты предлагают профессиональные химические пилинги пировиноградной кислотой с концентрацией до 50%. Их применяет специалист с соответствующей периодичностью — всего одна процедура в неделю, повторяемая четыре недели подряд, должна дать видимые результаты!
Однако вы также можете купить в свободной продаже такую косметику, как крем, пилинг или сыворотку, содержащую до 25% пировиноградной кислоты. Обычно они рекомендуются для жирной, комбинированной кожи и кожи с угрями и предназначены для устранения недостатков, уменьшения количества черных точек и черных точек, а также для разблокировки закупоренных пор. В аптеках также можно купить мази с концентрацией всего 5% пировиноградной кислоты, которые призваны уменьшить процесс шелушения кожи.
Может ли пировиноградная кислота быть опасной?
Прием внутрь пировиноградной кислоты может спровоцировать нежелательные реакции. В клинических испытаниях, опубликованных в 2020 году научной группой под руководством И.Онакпоя, основными упоминаниями были метеоризм, избыточный кишечный газ, диарея и повышение уровня «плохого» холестерина в крови.
Вообще говоря, пероральный прием пировиноградной кислоты не рекомендуется беременным и кормящим женщинам, а также тем, кто страдает синдромом раздраженного кишечника. Хотя внешняя терапия пировиноградной кислотой лишена вышеуказанных рисков, она связана с отдельными потенциальными побочными эффектами.
Наиболее неприятные симптомы включают интенсивное шелушение эпидермиса, приводящее к образованию видимых чешуек, покраснению, жжению и зуду кожи. Эти реакции являются нормальными и ожидаемыми и не должны быть причиной для прекращения лечения.
Вообще говоря, даже пилинги с концентрацией пировиноградной кислоты 50% хорошо переносятся пациентами разных возрастных групп. Возможные побочные эффекты в виде жжения или покраснения можно эффективно уменьшить, например, нанесением гидрокарбоната соды, то есть компрессов из обычной пищевой соды! Несколько недель лечения способны творить пресловутые «чудеса»!
Последние несколько лет в спортивных журналах постоянно встречаются рекламные статьи, расписывающие «необыкновенные липолитические свойства» пируватов. Действительно ли эти заявления подтверждаются данными медицины, или это просто очередная шумиха вокруг модного препарата.
Здесь стоит немного углубиться в биохимию. Известно, что углеводы способствуют усвоению жиров. Предположительно, активным агентом, активирующим липолитические ферменты, является именно пировиноградная кислота. Кроме того, она способна превращаться в аланин, одну из ключевых аминокислот в энергетическом глюкозоаланиновом цикле. Как известно, аланин служит сырьем для получения глюкозы. Следовательно, пируват является промежуточной ступенью глюконеогенеза и накопления гликогена.
Пируваты в медицине и диетологии
Исследования, посвященные использованию пируватов для борьбы с жиром, ведутся уже 30 лет. Первоначально эти соли предполагалось применять как средства против жировой дистрофии печени. Проведенные эксперименты дали положительные результаты. Дальнейшие работы в данной области также подтвердили способность пировиноградной кислоты и ее солей ускорять «сброс» жира.
Планировалось даже производство их как медикаментов. Однако, поскольку пируват натрия и кальция стали выпускать как пищевые добавки, этот продукт не нашел применения в медицине.
Действительно, было обнаружено значительное усиление липолиза при приеме пируватов. По сравнению с контрольной группой, пациенты, принимавшие пируват, теряли на 30-50% больше жира.
Наиболее ярко липолитический эффект пирувата проявляется при низкокалорийных диетах. Вероятно, за счет смещения энергообмена в сторону жиров организм сберегает часть белка. По крайней мере, прием пирувата обеспечивает снижение соотношения жировой и мышечной массы.
Для тех же целей использовали другой продукт метаболизма, дигидроксиацетон, получающийся при частичном окислении глицерина. Однако он оказался значительно менее эффективным. Соединения, включающие в себя фрагменты пировиноградной кислоты и аминокислот (пирувилглицин) еще сильнее активируют липолиз, чем пируваты. Однако их использование не вышло за стадию клинических экспериментов. По крайней мере, нам не удалось обнаружить эти препараты в списках продукции фармацевтических фирм. К тому же пирувилглицин достаточно дорог из-за трудностей в производстве.
Дозировки и формы выпуска
В ранних работах использовались дозы порядка 20-30 г в день, а иногда даже до 100 г. Однако исследования показали, что в ряде случаев для проявления заметного эффекта вполне достаточно 2-3 г в день. Следует отметить, что индивидуальные эффективные дозы в пересчете на 1 кг веса могут сильно колебаться. Некоторые специалисты рекомендуют принимать порядка 220 мг/кг веса в день, что для «среднего» мужчины составит 15-16 г. Прием больших количеств не дает никаких преимуществ, поскольку кривая «доза-эффект» имеет ярко выраженное плато, начинающееся примерно после 5 г. Кроме того, большие дозы неприемлемы по медицинским (см. ниже) и финансовым соображениям. Потребное количество препарата следует разделить на несколько доз и принимать их в течение дня (вместе с едой или после). Сейчас продаются пируваты калия, натрия и кальция. Пируват лития не нашел широкого применения из-за токсичности. Выпускается также раствор пирувата калия с витамином С в ампулах. Иногда пируваты вводят в состав мегапакетов и протеинов, однако в таком случае их дозы недостаточны для достижения сколько-нибудь заметного результата.
Где купить? Что купить?