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.).

Пировиноградная кислота открыта в 1835 г. И. Берцелиусом. Анион Пировиноградной кислоты CH₃COCOO^– (пируват) присутствует практически во всех тканях животных и растений, а также в микроорганизмах.

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.

См. также Кетокислоты.

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.

H. В. Гуляева.