Med intenzivno vadbo začne mišicam primanjkovati kisika. V celicah se kopiči piruvat, zato se presnovne poti spremenijo. Telo sproži reakcije, ki mišicam omogočajo nadaljnje delo brez kisika. Pri tem nastane laktat ki povzroča pekoč občutek v mišicah in pomeni, da celice preidejo na anaerobno pridobivanje energije.
V tem spletnem učbeniku boste izvedeli, kako nastane piruvat v glikolizi in kako se glede na pogoje pretvori v različne produkte. Spoznali boste njegovo zgradbo, fosfoenolpiruvat in encim piruvat kinaza. Podrobno razložimo pridobivanje energije, glukoneogenezo ter fermentacijo. Pokažemo tudi, kako encimi usmerjajo kemijske reakcije ter katere bolezni so povezane z motnjami presnove piruvata.
Piruvat: hitri pregled
Potrebuješ le osnovno razlago? Tukaj je preprost opis povezave med piruvatom, energijo in metabolizmom:
🟠 Piruvat nastane na koncu glikolize in je ključna spojina, ki poveže razgradnjo glukoze z nadaljnjimi kemijskimi reakcijami za pridobivanje energije.
🟠 Če je v celici dovolj kisika, se piruvat pretvori v acetil-CoA in vstopi v ciklus citronske kisline, kjer se sprosti energija, shranjena v glukozi.
🟠 Ko kisika ni, se piruvat v mišičnih celicah spremeni v laktat, pri kvasovkah pa v etanol. Tako celica ohrani tvorbo ATP tudi v anaerobnih pogojih.
🟠 Piruvat sodeluje pri presnovi aminokislin, kjer se s transaminacijo pretvori v alanin in tako ohranja ravnovesje v presnovi dušika.
🟠 Pomembna encima piruvat kinaza in kompleks piruvat dehidrogenaza usmerjata te procese. Napake v njunem delovanju povzročijo motnje v presnovi, ki vplivajo na normalno delovanje celic.
🟠 Glukoneogeneza je obratna pot glikolize, kjer se piruvat pretvori v glukozo. Tako telo med postom ohranja stabilno raven krvnega sladkorja.
Kaj je piruvat in kako nastane?
Piruvat je spojina s tremi ogljikovimi atomi, ki ima karboksilno in ketonsko skupino. Njegova kemijska formula je CH₃COCOOH, v celicah pa je prisoten kot ion CH₃COCOO⁻. Nastane na koncu glikolize, ko se molekula glukoze razcepi na dve molekuli piruvata in se sprosti energija.
Poleg glikolize lahko celice piruvat dobijo tudi iz laktata ali alanina. Laktat dehidrogenaza pretvori laktat v piruvat, alanin aminotransferaza pa odstrani amino skupino iz alanina. Obe reakciji omogočata, da celica ohrani proizvodnjo energije tudi, ko primanjkuje glukoze ali kisika.
Najpomembnejše poti nastanka piruvata:
- Glikoliza iz glukoze
- Pretvorba laktata z encimom laktat dehidrogenaza
- Transaminacija alanina z encimom alanin aminotransferaza
Pregled poti, encimov in stranskih produktov
| Presnovna pot | Encim | Stranski produkti |
| Glikoliza | Piruvat kinaza | ATP |
| Pretvorba laktata | Laktat dehidrogenaza | NAD⁺ |
| Transaminacija alanina | Alanin aminotransferaza | α-ketoglutarat |
Piruvat napaja cikel citronske kisline
Ko se glikoliza zaključi, piruvat preide v mitohondrij. Tam se skozi več encimsko vodenih reakcij pretvori v acetil-CoA. Postopek poteka v kompleksu piruvat dehidrogenaza, kjer se en ogljikov atom odcepi kot ogljikov dioksid, preostala dvokarbonska skupina pa se veže na koencim A.
Nastali acetil-CoA vstopi v cikel citronske kisline, kjer celice sprostijo energijo, shranjeno v glukozi. Ta energija poganja krčenje mišic, prenos živčnih impulzov in aktiven transport snovi. Hkrati nastane tudi NADH, ki shrani energijo za kasnejšo sintezo ATP.
Ta pretvorba poteka le ob prisotnosti kisika. Ko se piruvat spremeni v acetil-CoA, se v celici usmeri v proizvodnjo energije, nazaj ga ni mogoče več pretvoriti.
Koraki pretvorbe piruvata v acetil-CoA:
- Piruvat preide skozi mitohondrijsko membrano.
- Kompleks piruvat dehidrogenaza odstrani en ogljikov atom kot ogljikov dioksid.
- Dvokarbonska skupina se veže na koencim A.
- Nastane acetil-CoA, ki vstopi v cikel citronske kisline.
- NAD⁺ se pretvori v NADH in shrani energijo.
Piruvat brez kisika tvori laktat ali etanol
Ko v celici zmanjka kisika, se sprožijo anaerobne reakcije za ohranjanje proizvodnje energije. Piruvat se takrat ne premakne v mitohondrij, ampak sledi drugi poti. V mišičnih celicah laktat dehidrogenaza pretvori piruvat v laktat. Pri tem porabi NADH in obnovi NAD⁺, kar omogoča nadaljevanje glikolize.
Laktat se začne kopičiti med napornim naporom in povzroča pekoč občutek v mišicah. Ko se kisik spet vzpostavi, telo laktat odstrani in ga pretvori nazaj v piruvat ali glukozo.
Kvasovke in nekatere bakterije pa se v anaerobnih pogojih odzovejo drugače. Piruvat spremenijo v etanol in ogljikov dioksid skozi alkoholno fermentacijo. Najprej se odcepi en ogljikov atom kot CO₂, nato se preostanek molekule pretvori v etanol. Ob tem se ponovno tvori NAD⁺, kar omogoča nadaljevanje glikolize.
Obe poti celici omogočata tvorbo ATP brez kisika. Ko kisik spet postane dostopen, celice laktat odstranijo. Pri kvasovkah pa etanol ostane kot odpadek. S temi procesi celice poskrbijo za preživetje tudi v pogojih brez kisika.
Piruvat se pretvori v alanin in povezuje presnovo aminokislin
Celice piruvat spremenijo v alanin s procesom transaminacije. Encim alanin aminotransferaza prenese amino skupino z glutamata na piruvat, pri čemer v enem koraku nastaneta alanin in α-ketoglutarat.
Ko telo razgrajuje beljakovine, ta reakcija omogoča varen prenos dušika med tkivi. Mišice pošljejo alanin v jetra, kjer se pretvori nazaj v piruvat. Amino skupina se prenese na α-ketoglutarat in nastane glutamat.
Tako nastali piruvat se lahko vključi v cikel citronske kisline ali pa služi kot začetna spojina za glukoneogenezo. Medtem se dušik iz glutamata izloči kot sečnina. Na ta način se razgradnja beljakovin poveže s pridobivanjem energije.
Takšne transaminacijske reakcije ohranjajo ravnovesje aminokislin in omogočajo celicam nadzor nad porabo energije in dušika. Na te procese se zanašate vsak dan, predvsem ob razgradnji beljakovin za energijo ali obnavljanju tkiv.
Fosfoenolpiruvat povezuje piruvat z energijskimi reakcijami
Fosfoenolpiruvat (PEP) je visokoenergijska spojina, ki povezuje glikolizo in glukoneogenezo. Med glikolizo encim piruvat kinaza pretvori PEP v piruvat. Pri tem nastane ATP, ki ga celice takoj porabijo. Zaradi velike sprostitve energije je ta korak enosmeren in predstavlja zaključek glikolize.
Ko telo potrebuje glukozo, se proces obrne v glukoneogenezo. Piruvat se najprej pretvori v oksaloacetat, nato pa encim fosfoenolpiruvat karboksikinaza (PEPCK) spremeni oksaloacetat v PEP. Ta korak zahteva GTP kot vir energije.
PEP sodeluje tudi v drugih reakcijah pri rastlinah in bakterijah, v telesu pa predvsem usklajuje glikolizo in glukoneogenezo. Glede na telesno aktivnost, vnos hrane ali post telo preklaplja med obema procesoma, PEP pa skrbi, da raven glukoze v krvi ostane stabilna.
Piruvat karboksilaza pretvori piruvat v oksaloacetat
Encim piruvat karboksilaza v mitohondriju pretvori piruvat v oksaloacetat. Reakcija doda ogljikov dioksid in porabi ATP. Oksaloacetat omogoča nadaljevanje cikla citronske kisline in služi kot začetna spojina za glukoneogenezo.
Celice aktivirajo piruvat karboksilazo, ko se v njih nabere acetil-CoA. To pomeni, da je energije dovolj, vendar cikel potrebuje več oksaloacetata za nemoteno delovanje. Encim pri tem uporablja biotin.
Oksaloacetat sproži tudi glukoneogenezo, ko telo potrebuje več glukoze. Jetra s tem postopkom proizvajajo glukozo med postom ali dolgotrajno telesno dejavnostjo. Pretvorba piruvata v oksaloacetat omogoča celicam hitro prilagoditev glede na trenutne potrebe po energiji.
Glukoneogeneza iz piruvata tvori glukozo
Pri glukoneogenezi celice tvorijo glukozo iz manjših spojin, kot je piruvat. Največ teh procesov poteka v jetrih in ledvicah, zlasti med postom ali dolgotrajno vadbo, ko telo nujno potrebuje vir glukoze. Glukoneogeneza se začne v mitohondriju, kjer encim piruvat karboksilaza s pomočjo ATP pretvori piruvat v oksaloacetat.
Oksaloacetat se nato spremeni v fosfoenolpiruvat (PEP), reakcijo pa vodi encim fosfoenolpiruvat karboksikinaza (PEPCK). PEP nato potuje skozi več reakcij, ki potekajo v obratni smeri glikolize. Vsaka stopnja zahteva dodatno energijo iz ATP ali GTP.
Ker vseh reakcij glikolize ni mogoče preprosto obrniti, celice uporabijo posebne obvode. Pri tem sodeluje encim fruktoza-1,6-bisfosfataza, ki odstrani fosfat, kjer ga je v glikolizi dodala fosfofruktokinaza. Tako lahko proces poteka prilagodljivo glede na potrebe telesa.
Cilj glukoneogeneze je jasen—tvoriti glukozo in zagotoviti vir energije za možgane, mišice in druge organe. Nastala glukoza lahko ostane v jetrih ali pa preide v krvni obtok. Tako telo ohranja stabilno raven krvnega sladkorja, ko hrane ni na voljo.
Glukoza-6-fosfataza poskrbi za zaključek glukoneogeneze
Zaključek glukoneogeneze je naloga encima glukoza-6-fosfataza, ki odstrani fosfatno skupino z glukoza-6-fosfata. To se dogaja v jetrih, kjer se sprosti prosta glukoza, ki vstopi v krvni obtok.
Brez tega encima bi glukoza ostala ujeta v jetrnih celicah. Glukoza-6-fosfataza razbije vez s fosfatom, glukoza pa nato lahko zapusti jetra in pride do celic, ki jo potrebujejo za energijo.
Ta korak poteka samo v jetrih in ledvicah. Druga tkiva tega encima nimajo, zato ne morejo sproščati glukoze v kri. Prav zato jetra nadzorujejo raven krvnega sladkorja.
Ta reakcija dokonča glukoneogenezo in poskrbi, da ima telo dovolj glukoze. Po postu ali naporu omogoča, da možgani, mišice in drugi organi nemoteno delujejo. Ko glukoza-6-fosfataza odstrani fosfat, postane glukoza takoj na voljo celicam, ki jo potrebujejo.
Encimi nadzorujejo reakcije piruvata in povzročajo presnovne bolezni
Celice za nadzor reakcij piruvata uporabljajo encime. Ti skrbijo za stalno proizvodnjo energije in nemoteno delovanje drugih presnovnih poti. Ko kateri od teh encimov odpove, pride do resnih zdravstvenih težav.
Pomanjkanje piruvat kinaze in hemolitična anemija
Piruvat kinaza v zadnjem koraku glikolize pretvori fosfoenolpiruvat v piruvat in pri tem nastane ATP. Če tega encima ni dovolj, rdeče krvničke razpadajo prehitro. Pojavi se hemolitična anemija, zaradi katere ste utrujeni in šibki, saj telo ne zmore nadomestiti izgubljenih krvničk.
Laktat dehidrogenaza in težave pri telesni aktivnosti
Laktat dehidrogenaza pretvori piruvat v laktat, ko kisika primanjkuje. Če encim ne deluje, mišice med naporom ne obnavljajo NAD⁺. Hitro se izčrpate, mišice bolijo ali celo razpadajo po vadbi.
Motnje v kompleksu piruvat dehidrogenaze
Kompleks piruvat dehidrogenaza spremeni piruvat v acetil-CoA. Če pride do okvare, se piruvat kopiči in prehaja v laktat. Zaradi tega se pojavijo mišična oslabelost, težave z dihanjem in razvojne motnje, saj celice ostanejo brez energije.
Napake prenašalca piruvata v mitohondrije (MPC)
Prenašalec piruvata skrbi, da piruvat vstopi v mitohondrij. Če ne deluje, piruvat ostane zunaj, proizvodnja energije pa upade. Posledice so mišična oslabelost, okvare živcev in povišane vrednosti piruvata v krvi.
Inštrukcije: metabolne poti piruvata z inštruktorjem biokemije
Razumevanje poti piruvata zna biti zahtevno, še posebej, ko poskušate slediti vsem reakcijam od glikolize do citratnega cikla ali fermentacije. Hitro se zapletete v podrobnosti. Takrat pride prav izkušen inštruktor kemije, biologije ali biokemije za srednješolce.
Na inštrukcijah biokemije Novo Mesto ne ponavljate le korakov, ampak jih rešujete skupaj. Vidite, kako se piruvat v prisotnosti kisika spremeni v acetil-CoA ali v laktat, če kisika ni. Šele ob razlagi postane jasno, zakaj celice preklopijo na drugo pot.
Če ste se že kdaj zataknili pri transaminaciji ali glukoneogenezi, vam inštrukcije kemije ali biologije Koper omogočijo, da vprašate, kar vas muči, in snov predelate v svojem tempu. Inštruktor vam natančno pokaže, kako encimi, kot sta piruvat kinaza in laktat dehidrogenaza, usmerjajo te reakcije.
Na “individualne inštrukcije biokemije Ljubljana” vadite naloge, ki jih srečate na testih. Tako pridobite samozavest, ne le golo znanje na pamet. Inštrukcije organske kemije Kranj pa vam pomagajo razjasniti zapletene reakcije in sheme, ki v šoli ostanejo nejasne.
Če potrebujete pomoč, rezervirajte svojo uro na meet’n’learn.
Za več dodatnega gradiva si oglejte naše spletne učbenike biologije. Če želite dodatno pomoč, vas inštruktor vodi čez najtežje teme jasno in razumljivo.
Piruvat: pogosta vprašanja
1. Kaj je piruvat v kemiji?
Piruvat je molekula s tremi ogljikovimi atomi, ki nastane pri glikolizi med razgradnjo glukoze.
2. Kako se piruvat pretvori v acetil-CoA?
Piruvat se v mitohondriju s pomočjo kompleksa piruvat dehidrogenaza pretvori v acetil-CoA.
3. Kaj se zgodi s piruvatom brez kisika?
Če v celici ni kisika, se piruvat pretvori v laktat ali etanol z anaerobnimi reakcijami.
4. Kaj je piruvat kinaza?
Piruvat kinaza je encim, ki fosfoenolpiruvat pretvori v piruvat in ob tem nastane ATP.
5. Kaj se s pirovatom zgodi v glukoneogenezi?
Glukoneogeneza pretvori piruvat nazaj v glukozo skozi več encimskih reakcij.
6. Ali mi lahko inštruktor kemije pomaga pri učenju poti piruvata?
Seveda, inštruktor kemije v Birminghamu vam podrobno razloži reakcije piruvata in pomaga pri nalogah.
7. Kakšna je vloga laktat dehidrogenaze pri piruvatu?
Laktat dehidrogenaza pretvori piruvat v laktat in pri tem obnovi NAD⁺ v pogojih brez kisika.
8. Kje lahko rezerviram inštrukcije organske kemije za reakcije piruvata?
Inštrukcije organske kemije, ki jih rezervirate na našem portalu vam pomagajo utrditi reakcije piruvata in povezane presnovne poti.
Viri:
