Acide pyruvique

L’acide pyruvique est un composé chimique de formule CH₃-CO-COOH. Il s'agit d'un 2-oxoacide ou α-cétoacide, portant à la fois une fonction acide carboxylique et une fonction cétone. Sa base conjuguée est l'anion pyruvate CH₃-CO-COO⁻, un métabolite clé situé au carrefour de plusieurs voies métaboliques majeures des cellules vivantes, telles que la glycolyse, le cycle de Krebs et la néoglucogenèse, et peut être converti en acide gras, en alanine ou encore en éthanol après décarboxylation oxydative en acétyl-coenzyme A.

Acide pyruvique
Structure de l'acide pyruvique
Identification
Nom UICPA	acide 2-oxopropanoïque
Synonymes	acide pyruvique acide pyroracémique acide acétylformique acide 2-cétopropanoïque acide α-cétopropanoïque acide 2-oxopropionique acide 2-cétopropionique acide α-cétopropionique
No CAS	127-17-3
No ECHA	100.004.387
No CE	204-824-3
PubChem	1060
FEMA	2970
SMILES	CC(=O)C(=O)O PubChem, vue 3D
InChI	Std. InChI : vue 3D InChI=1S/C3H4O3/c1-2(4)3(5)6/h1H3,(H,5,6) Std. InChIKey : LCTONWCANYUPML-UHFFFAOYSA-N
Apparence	liquide incolore
Propriétés chimiques
Formule	C3H4O3  [Isomères]
Masse molaire[1]	88,062 1 ± 0,003 6 g/mol C 40,92 %, H 4,58 %, O 54,5 %,
pKa	2,4
Propriétés physiques
T° fusion	12 °C[2]
T° ébullition	165 °C (décomposition) [2]
Solubilité	soluble dans l'éthanol et l'éther[2]
Miscibilité	miscible dans l'eau
Masse volumique	1,27 g·cm-3 à 20 °C[2]
Point d’éclair	82 °C [2]
Thermochimie
Cp	équation[3] : ${\displaystyle C_{P}=(5.045)+(3.7767E-1)\times T+(-3.4222E-4)\times T^{2}+(1.6758E-7)\times T^{3}+(-3.3836E-11)\times T^{4}}$ Capacité thermique du gaz en J·mol-1·K-1 et température en kelvins, de 298 à 1 500 K. Valeurs calculées : 91,4 J·mol-1·K-1 à 25 °C. T (K) T (°C) Cp ${\displaystyle ({\tfrac {J}{kmol\times K}})}$ Cp ${\displaystyle ({\tfrac {J}{kg\times K}})}$ 298 24,85 91 368 1 038 378 104,85 107 267 1 218 418 144,85 114 323 1 298 458 184,85 120 843 1 372 498 224,85 126 869 1 441 538 264,85 132 439 1 504 578 304,85 137 591 1 562 618 344,85 142 361 1 617 658 384,85 146 782 1 667 698 424,85 150 885 1 713 738 464,85 154 699 1 757 778 504,85 158 251 1 797 818 544,85 161 566 1 835 858 584,85 164 667 1 870 899 625,85 167 646 1 904 T (K) T (°C) Cp ${\displaystyle ({\tfrac {J}{kmol\times K}})}$ Cp ${\displaystyle ({\tfrac {J}{kg\times K}})}$ 939 665,85 170 375 1 935 979 705,85 172 947 1 964 1 019 745,85 175 376 1 992 1 059 785,85 177 674 2 018 1 099 825,85 179 852 2 042 1 139 865,85 181 919 2 066 1 179 905,85 183 880 2 088 1 219 945,85 185 739 2 109 1 259 985,85 187 498 2 129 1 299 1 025,85 189 158 2 148 1 339 1 065,85 190 717 2 166 1 379 1 105,85 192 169 2 182 1 419 1 145,85 193 509 2 197 1 459 1 185,85 194 729 2 211 1 500 1 226,85 195 843 2 224
Précautions
SGH[4]
Danger H314, P280, P301+P330+P331, P305+P351+P338 et P309+P310 H314 : Provoque de graves brûlures de la peau et des lésions oculaires P280 : Porter des gants de protection/des vêtements de protection/un équipement de protection des yeux/du visage. P301+P330+P331 : En cas d'ingestion : rincer la bouche. NE PAS faire vomir. P305+P351+P338 : En cas de contact avec les yeux : rincer avec précaution à l’eau pendant plusieurs minutes. Enlever les lentilles de contact si la victime en porte et si elles peuvent être facilement enlevées. Continuer à rincer. P309+P311 : En cas d'exposition ou de malaise : appeler immédiatement un CENTRE ANTIPOISON ou un médecin.
SIMDUT[5]
B3, E, B3 : Liquide combustible point d'éclair = 83,8 °C coupelle fermée méthode Setaflash E : Matière corrosive acide fort (pH calculé = 1,8 pour une solution 0,1 M.) Divulgation à 1,0% selon les critères de classification
Transport[4]
80    3265    Code Kemler : 80 : matière corrosive ou présentant un degré mineur de corrosivité Numéro ONU : 3265 : LIQUIDE ORGANIQUE CORROSIF, ACIDE, N.S.A. Classe : 8 Étiquette : 8 : Matières corrosives Emballage : Groupe d'emballage III : matières faiblement dangereuses.
Écotoxicologie
DL50	souris, subdermal : 3 533 mg·kg-1
Composés apparentés
Autres composés	Structure de l'anion pyruvate
Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.
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Acide pyruvique

L'acide pyruvique se présente sous la forme d'un liquide incolore, d'odeur semblable à celle de l'acide acétique. Il est miscible dans l'eau, et soluble dans l'éthanol et l'éther.

En laboratoire, l'acide pyruvique peut être préparé en chauffant un mélange d'acide tartrique et de bisulfate de potassium^[6], par oxydation du propylène glycol par un oxydant fort (par exemple du permanganate de potassium ou de l'hypochlorite de sodium), ou encore par hydrolyse du 2-oxopropiononitrile, formé par réaction du chlorure d'éthanoyle avec le cyanure de potassium :

CH₃COCl + KCN → CH₃COCN

CH₃COCN + 2 H₂O → CH₃COCOOH + NH₃

Biochimie du pyruvate

Description

L'ion pyruvate est le produit final des voies de dégradation du glucose (la glycolyse, voie des pentoses phosphates, voie d'Entner-Doudoroff). Il est le substrat d'une fermentation en condition anaérobie (fermentation lactique, alcoolique), et du cycle de Krebs de façon indirecte en condition aérobie, après décarboxylation oxydative le convertissant en acétyl-coenzyme A.

Formation du pyruvate par la glycolyse

	+ ADP + H+   ${\displaystyle \rightleftharpoons }$   ATP +
PEP		Acide pyruvique
Pyruvate kinase – EC 2.7.1.40

Le phosphoénolpyruvate (PEP) formé au cours de la glycolyse possède un groupe phosphate à haut potentiel de transfert — ΔG°' = −61,9 kJ mol⁻¹, valeur la plus élevée mesurée chez les êtres vivants — permettant la phosphorylation d'une molécule d'ADP en ATP par la pyruvate kinase. Un cation Mg²⁺ est nécessaire à cette réaction comme cofacteur.

Devenir du pyruvate en anaérobiose

Les réactions suivantes ont lieu, en milieu anaérobie, dans le cytoplasme, dans le muscle, chez les bactéries lactiques (pour la fermentation lactique, par exemple chez lactobacillus), ou encore chez la levure (pour la fermentation alcoolique). D'autres fermentations sont possibles, par exemple chez les entérobactéries (cf. voies fermentaires des entérobactéries).

Fermentation lactique

	+ NADH + H+  →  NAD+ +
Acide pyruvique		Acide lactique
L-lactate déshydrogénase – EC 1.1.1.27

Le lactate CH₃-CHOH-COO⁻ produit dans le muscle n'est pas responsable des courbatures, contrairement à une idée reçue^[7], et n'intervient pas non plus dans le phénomène des crampes. Par ailleurs, il peut être transporté dans le sang puis dans les cellules hépatiques (cycle de Cory).

Fermentation alcoolique

1. CH₃-CO-COO⁻ + H⁺ → CH₃CHO + CO₂, par la pyruvate décarboxylase, en présence de thiamine pyrophosphate (TPP).
2. CH₃CHO + NADH + H⁺  ${\displaystyle \rightleftharpoons }$  CH₃CH₂OH + NAD⁺, par l’alcool déshydrogénase.

Devenir du pyruvate en aérobiose

En milieu aérobie, le pyruvate est dégradé dans les mitochondries. Il y pénètre par la pyruvate translocase. Deux réactions sont possibles, qui génèrent les précurseurs du cycle de Krebs :

Décarboxylation oxydative en acétyl-CoA

Cette réaction est catalysée par un complexe multienzymatique, le complexe pyruvate déshydrogénase, faisant intervenir cinq coenzymes :

• trois coenzymes liées aux apoenzymes : la TPP, le lipoate et le FAD (ce sont des groupements prosthétiques) ;

• deux coenzymes libres et non liées au complexe : le NAD⁺ et la coenzyme A.

	+ NAD+ + CoA-SH  →  CO2 + NADH + H+ +
Acide pyruvique		Acétyl-CoA
Complexe pyruvate déshydrogénase : pyruvate déshydrogénase (E1) – EC 1.2.4.1 dihydrolipoamide S-acétyltransférase (E2) – EC 2.3.1.12 dihydrolipoyl déshydrogénase (E3) – EC 1.8.1.4

Cette réaction a lieu au niveau de la paroi mitochondriale pour les eucaryotes et au niveau de la membrane pour les procaryotes.

Le NADH + H⁺ sera par la suite réoxydé par la chaîne respiratoire, synonyme de chaîne mitochondriale de transport d'électrons, pour produire de l'ATP en aérobiose.

Carboxylation en oxaloacétate

La réaction, catalysée en présence de biotine par la pyruvate carboxylase (synthétase), produit de l'oxaloacétate :

	+ ATP + CO2  →  ADP + Pi +
Acide pyruvique		Acide oxaloacétique
Pyruvate carboxylase – EC 6.4.1.1

Il s'agit d'une réaction anaplérotique majeure.

Rendement énergétique comparé

À partir d'une molécule de glucose, qui donne deux molécules de pyruvate :

• les fermentations ont un rendement médiocre : elles ne libèrent que deux molécules d'ATP par molécule de glucose ;

• les dégradations aérobies sont bien plus rentables : chaque molécule de glucose permet la production de 14 molécules d'ATP via la décarboxylation oxydative, ou de 6 molécules d'ATP via la carboxylation, avant même la dégradation de l'acétyl-CoA par le cycle de Krebs qui libère encore davantage d'énergie.

Notes et références

1. Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
2. Entrée du numéro CAS « 127-17-3 » dans la base de données de produits chimiques GESTIS de la IFA (organisme allemand responsable de la sécurité et de la santé au travail) (allemand, anglais), accès le 03/08/09 (JavaScript nécessaire)
3. (en) Carl L. Yaws, Handbook of Thermodynamic Diagrams, vol. 1, Huston, Texas, Gulf Pub. Co., 1996 (ISBN 0-88415-857-8)
4. Entrée « Pyruvic acid » dans la base de données de produits chimiques GESTIS de la IFA (organisme allemand responsable de la sécurité et de la santé au travail) (allemand, anglais), accès le 6 janvier 2019 (JavaScript nécessaire)
5. « Acide pyruvique » dans la base de données de produits chimiques Reptox de la CSST (organisme québécois responsable de la sécurité et de la santé au travail), consulté le 24 avril 2009
6. Organic Syntheses, Coll. Vol. 1, p. 475 (1941); Vol. 4, p. 63 (1925).
7. Wienek, Biologie du sport, p. 256, Vigot

Voir aussi

• La glycolyse
• La voie des pentoses phosphates
• La voie d'Entner-Doudoroff
• Le cycle de Krebs
• Liste d'acides

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