Acide pyruvique

L'acide pyruvique est l'acide organique alpha-céto le plus simple, contenant un groupe acide carboxylique et un groupe fonctionnel cétone. Appelé à l'origine acide pyroracémique, il a été préparé pour la première fois en laboratoire par distillation sèche de l'acide tartrique. Ses propriétés physiques sont un liquide incolore dont l'odeur rappelle celle du vinaigre. Il est soluble dans l'eau et dans les solvants organiques.

L'acide pyruvique est l'acide conjugué du pyruvate, qui est le produit final de la glycolyse. L'acide pyruvique joue un rôle important dans plusieurs processus métaboliques clés ; son rôle dans le métabolisme des sucres permet la décomposition et la synthèse des sucres, des acides gras et des acides aminés, les éléments constitutifs des protéines.

Le pyruvate lui-même est le substrat de plusieurs enzymes dont le dysfonctionnement présente des implications majeures pour la santé humaine. Par exemple, dans de nombreuses cellules cancéreuses, l'isoforme typique de l'enzyme pyruvate kinase est supplantée par une forme embryonnaire qui modifie le métabolisme des sucres dans un état appelé effet Warburg^.1 Lorsque l'enzyme éponyme du complexe pyruvate déshydrogénase est absente ou compromise, il en résulte un dysfonctionnement métabolique sévère et des malformations cérébrales^,2 reflétant la forte demande du cerveau pour le métabolisme du glucose.

Acide pyruvique et glycolyse

L'acide pyruvique joue un rôle central dans la glycolyse, l'oxydation du sucre qui se produit dans presque toutes les cellules vivantes. Dans la glycolyse, une molécule de glucose, un sucre à six atomes de carbone, est divisée en deux molécules de pyruvate, un composé à trois atomes de carbone. Cette réaction génère de l'énergie sous la forme de deux molécules d'ATP.

La glycolyse se produit à la fois en aérobie et en anaérobie. Au cours de la respiration aérobie, le pyruvate est converti en dioxyde de carbone et en un groupe acétyle à deux carbones qui s'attache à la coenzyme A (CoA) pour former l'acétyl-CoA. L'acétyl-CoA entre ensuite dans le cycle de l'acide tricarboxylique (cycle TCA, cycle de l'acide citrique ou cycle de Krebs) et subit une phosphorylation oxydative qui le transforme en acétaldéhyde.

En cas de manque d'oxygène, le pyruvate est converti par fermentation en lactate sous l'action de la lactate déshydrogénase. Ce processus contribue à l'acidose lactique, l'accumulation d'acide lactique dans la circulation sanguine qui se produit lorsque les niveaux d'oxygène sont faibles dans les cellules productrices d'énergie (c'est-à-dire pendant les périodes d'exercice intense).

Acide pyruvique et production de vin

Son rôle dans la fermentation alcoolique - le processus de conversion du sucre en alcool à l'aide de levures - confère à l'acide pyruvique un rôle central dans la vinification et la qualité du vin. Il a été démontré que l'ajout d'acide pyruvique, qui est fermenté par les souches de levure Saccharomyces utilisées dans la vinification, augmente les niveaux d'anthocyanine vitisine A, un composé responsable de la pigmentation du vin rouge^.3 D'autres ont rapporté des niveaux d'acide pyruvique différents selon les types de vin, et les niveaux de cette molécule dans le produit final peuvent être influencés de manière significative à la fois par les souches de levure et par la température pendant la fermentation^.4

Acide pyruvique et santé de la peau

Les essais cliniques montrent que l'acide pyruvique est un traitement efficace contre l'acné lorsqu'il est administré dans le cadre d'une série de peelings chimiques^.5 Il a attiré l'attention en raison de ses propriétés kératolytiques, antimicrobiennes et sébostatiques, ainsi que de sa capacité à stimuler la formation de collagène et de fibres ^élastiques6. Dans les essais cliniques, les peelings à l'acide pyruvique ont réduit de manière significative le nombre de lésions cutanées et le degré de séborrhée. Malgré la production de vapeurs irritantes et de sensations de brûlure temporaires, les chercheurs ont conclu que les peelings à l'acide pyruvique constituaient une intervention sûre et bénéfique^.5

Acide pyruvique et santé cérébrale

On suppose que l'acide pyruvique a un effet protecteur contre la mort des cellules neuronales induite par divers stress, tels que la toxicité de l'éthanol ou la libération excessive de ^Zn2+, comme c'est le cas lors d'un accident vasculaire cérébral. Des études préliminaires in vitro suggèrent que le mécanisme implique la suppression de la lésion mitochondriale causée par la libération du cytochrome c. En outre, il a été démontré que l'acide pyruvique prévient la mort des cellules neuronales ^induite par le Cu2+/Zn2+ en culture^.7

L'acide indole-3-pyruvique (IPA), un précurseur de l'acide aminé tryptophane, a été étudié comme traitement de l'anxiété et de l'insomnie, en raison de sa capacité à augmenter le renouvellement de la sérotonine dans le SNC et de la mélatonine dans la glande pinéale. Plusieurs petits essais cliniques pilotes ont montré que l'administration d'IPA pouvait améliorer l'humeur et augmenter le temps de sommeil^.8 Les résultats d'études plus larges n'ont pas encore été rapportés.

Acide pyruvique et microbiome intestinal

Le microbiome intestinal contribue de manière significative au métabolisme énergétique. L'acide pyruvique et l'acide tricarboxylique sont réduits dans le sérum des souris sans germe (GF). Les gènes impliqués dans le cycle TCA et le métabolisme du pyruvate sont également réduits chez les souris GF. Chez les patients obèses/résistants à l'insuline, les niveaux d'acide pyruvique peuvent être élevés après la consommation de glucose, ce qui suggère un transit inefficace dans le cycle TCA. Il a été démontré que la perte de poids inversait cette tendance et modifiait la composition du microbiome intestinal, comme en témoigne l'augmentation des métabolites bactériens. On pense que tous ces changements convergent vers une efficacité métabolique^accrue9.

Les bactéries intestinales contribuent également à la production de métabolites conjugués à l'indole, dont l'IPA^.10 Le récepteur des hydrocarbures aryliques (AHR) est un facteur de transcription activé par un ligand qui joue un rôle important dans le maintien de l'homéostasie de la muqueuse intestinale. L'IPA est un précurseur des agonistes de l'AHR produits par les bactéries intestinales, qui peuvent supprimer l'inflammation intestinale dans les modèles murins de maladies inflammatoires de l'intestin (MICI). L'effet anti-inflammatoire de l'IPA a supprimé de manière significative la colite expérimentale dans un modèle murin de MICI^.11

L'acide pyruvique dans la recherche

En juillet 2023, il y a plus de 600 citations pour "pyruvic acid" dans des publications de recherche(*excluant les livres et les documents) sur PubMed. Le grand nombre de publications liant l'acide pyruvique au métabolisme des sucres et à d'autres processus cellulaires cataboliques et anaboliques divers indique qu'il s'agit d'un métabolite de grand intérêt. Tout chercheur intéressé par le grand nombre de problèmes de santé liés à ces activités devrait envisager d'inclure des analyses quantitatives de l'acide pyruvique dans son étude.

Références

1. Gray LR, Tompkins SC, et Taylor EB. Régulation du métabolisme du pyruvate et maladies humaines. Cell Mol Life Sci 2014;71(14):2577-2604.
2. Ebertowska A, Ludkiewicz B, Morys J, et al. Le déficit en pyruvate déshydrogénase : effets morphologiques et métaboliques, création d'un modèle animal pour la recherche d'un traitement curatif. Folia Morphol (Warsz) 2020;79(2):191-197.
3. Chilicka K, Rogowska AM, Taradaj J, et al. A comparison of the effectiveness of azelaic and pyruvic acid peels in the treatment of female adult acne : a randomized controlled trial. Sci Rep 2020;10(1):12612.
4. Morata A, Calderón F, González MC et al. Formation of the highly stable pyranoanthocyanins (vitisins A and B) in red wines by the addition of pyruvic acid and acetaldehyde. Food Chemistry 2007;100(3):1144-52.
5. Rankine BC. Factors influencing the pyruvic acid content of wines. J Sci Food Agric 1965;16(7):394-98.
6. Kontochristopoulos G, et Platsidaki E. Chemical peels in active acne and acne scars. Clin Dermatol 2017;35(2):179-182.
7. Tanaka KI, Shimoda M, et Kawahara M. L'acide pyruvique prévient la neurotoxicité induite par Cu(2+)/Zn(2+) en supprimant les lésions mitochondriales. Biochem Biophys Res Commun 2018;495(1):1335-1341.
8. Politi V, De Luca G, Comin M, et al. Clinical experiences with the use of indole-3-pyruvic acid. Adv Exp Med Biol 1999;467:227-232.
9. Campbell C, Grapov D, Adams SH, et al. L'amélioration de la santé métabolique modifie le métabolisme de l'hôte parallèlement aux changements dans les xéno-métabolites systémiques d'origine intestinale. PLoS One 2014;9(1):e84260.
10. Velagapudi VR, Hezaveh R, Backhed F, et al. Le microbiote intestinal module le métabolisme énergétique et lipidique chez la souris. J Lipid Res 2010;51(5):1101-1112.
11. Aoki R, Aoki-Yoshida A, Takayama Y, et al. L'acide indole-3-pyruvique, un activateur du récepteur des hydrocarbures aryliques, supprime la colite expérimentale chez la souris. J Immunol 2018;201(12):3683-3693.