ピルビン酸

ピルビン酸（Pyruvic Acid）は、生体内の代謝において中心的な役割を果たす有機酸で、解糖系の最終産物の一つである。エネルギー産生やさまざまな代謝経路の中間体として機能し、炭素代謝のハブとして重要視されている。

1. 基本情報

• 化学式: C₃H₄O₃
• 構造式: CH₃–CO–COOH
  • メチル基（CH₃）、ケトン基（CO）、カルボン酸基（COOH）を持つ分子構造。
• 性質:
  • 無色の液体または固体。
  • 水やエタノールによく溶ける。

2. 生成と代謝経路

2.1 生成

• 解糖系: グルコースが10段階の酵素反応を経て分解され、ピルビン酸が生成されます。
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  グルコース→→→2×ピルビン酸＋2ATP＋2NADH

2.2 代謝の分岐点

ピルビン酸は、細胞のエネルギー状態や酸素の有無に応じて、以下のような代謝経路に進む：

1. 嫌気的条件（酸素不足）:
   • 乳酸発酵（動物細胞）：
     ピルビン酸は乳酸デヒドロゲナーゼ（LDH）の作用で乳酸に変換されます。
     ピルビン酸＋NADH→乳酸＋NAD^＋
2. 好気的条件（酸素豊富）:
   • アセチルCoAへの変換:
     ミトコンドリア内でピルビン酸デヒドロゲナーゼ複合体（PDH）の作用によりアセチルCoAに変換され、クエン酸回路に入ります。
     $$\text{ピルビン酸 + CoA + NAD⁺ → アセチルCoA + CO₂ + NADH}$$
3. 糖新生:
   • ピルビン酸はオキサロ酢酸を経てグルコース合成に利用される（主に肝臓で起こる）。
4. アミノ酸代謝:
   • ピルビン酸はアラニンなどのアミノ酸の前駆体となる。

3. 生理学的役割

• エネルギー産生:
  • 解糖系やクエン酸回路において、ATPやNADHの生成に寄与する。
• 物質の合成と分解のハブ:
  • 炭素骨格を供給し、脂質、アミノ酸、糖などの合成や分解に関与する。

4. 臨床的意義

• 乳酸アシドーシス:
  • 酸素不足やミトコンドリア機能障害により、ピルビン酸が乳酸に過剰に変換され、血液が酸性に傾く。