Complejo piruvato-deshidrogenasa
Generalidades:
•Complejo multienzimático (3 enzimas) situado en mitocondria (eucariotas)o en citosol (procariotas)
•5 cofactores (4 son coenzimas derivadas de vitaminas)
•Regulación covalente y alostérica
•Prototipo de otros 2 complejos enzimáticos:
a-cetoglutarato-deshidrogenasa(en ciclo de Krebs),y a-cetoacido deshidrogenasa (oxidación de aminoácidos)
•Cataliza un proceso oxidativo irreversible en el que el grupo carboxilodel piruvato se remueve como CO2 y los 2 C remanentes se conviertenen el grupo acetilo del acetil-CoA
El complejo piruvato deshidrogenasarequiere 5 coenzimas
Tiamina pirofosfato (TPP)
Flavin adenin dinucleótido (FAD)
Coenzima A (CoA)
Nicotinamida adenina dinucleótido(NAD)
Lipoato
Componente vitamínico
Tiamina
Riboflavina
Pantotenato
Niacina
Descarboxilación oxidativa de piruvato a acetil-CoA por elcomplejo piruvato deshidrogenasa
•NADH transfiereelectrones aloxígeno en lacadena respiratoria.Cada NADHproduce 2.5ATP/par deelectrones
•Intermediariospermanecen unidos ala superficie de laenzima
•Descarboxilación depiruvato a Acetil CoA(reacciones 1-3)
Descarboxilación oxidativa de piruvato a acetil-CoA por elcomplejo piruvato deshidrogenasa
•Regeneracióndel grupo lipoil(reacciones 4-5) portransferencia deelectrones de laE2 a FAD, y porultimo a NAD.
La conversión de una molécula de piruvato enacetil CoA produce 1 NADH
•Por molécula de glucosa:
2 piruvatos=2NADH= 5 ATP
Mutaciones de los genes que codifican por lassubunidades del complejo o deficiencia de
tiamina en la dieta evita la oxidación depiruvato, que es vital para el cerebro
Beriberi: enfermedad producida por ladeficiencia de tiamina, en donde hay
pérdida de la función neuronal(personas cuya alimentación consiste
básicamente en arroz blanco, o enalcohólicos)
Reacciones del ciclo del ácido cítrico
•4 de los 8 pasos son oxidaciones. La energía esconservada en la formación de cofactores reducidosNADH y FADH2
•Ciclo central en el metabolismo productor de energía,también produce intermediarios de 4 y 5 carbonos quesirven como precursores en ciclos biosintéticos
•Para reemplazar los intermediarios removidos parabiosintesis las células emplean reaccionesanapleróticas
Sigue…
•Sucede en mitocondrias (eucariotasaerobios). Mitocondria principal sitio deproducción de ATP
•En eucariotas fotosintéticos ocurre enmitocondria (ciclo oscuro), pero en ciclo de luzocurre en cloroplastos (principal sitio deproducción de ATP)
•En procariotas ocurre en citosol. La membrana celulartiene rol análogo a membrana interna de la mitocondriaen síntesis de ATP
Reacciones del ciclo del ácido cítrico
Formación de citrato:
Oxaloacetato es el primer sustrato que se une a la enzima produciendoun cambio conformacional que crea el sitio de unión para el segundosustrato (acetil Co-A)
Fosforilación a nivel de sustrato: formación acoplada de ATP (GTP) a expensasde la energía liberada por la descarboxilación oxidativa del a-cetoglutarato
Conversión de succinil-CoA a succinato
GTP puede donar su grupo fosforilo al ADPpara formar ATP, sin pérdida o ganancia deenergía!
GTP + ADP GDP + ATP ∆G’°= 0 kJ/mol
En cada vuelta (1 piruvato) del ciclo de Krebs se producen:
3 NADH x 2.5= 7.5 ATP
1 FADH2 x 1.5= 1.5 ATP
1 GTP (o ATP)= 1 ATP
2 CO2
10 ATP x 2= 20 ATP
Cuantas vueltas dará elciclo de Krebs paracatabolizar una moléculade glucosa?
Cuántos GTP, NADH yFADH2 se producirán entotal por molécula deglucosa?
Cuántas moléculas netasde ATP se obtienen apartir de una molécula deglucosa al final de lafosforilación oxidativa?
32 ATP x 30.5 kJ/mol= 976 kJ/mol = 34% de la energía obtenible de laoxidación de glucosa. Con datos reales (∆G) la eficiencia es cercana al65%
Porqué la oxidación del acetato estan complicada?
Porque el cíclo del ácido cítrico es anfibólico:funciona tanto como ciclo catabólico que comoanabólico
Precursores biosintéticos producidos por un ciclo delácido cítrico incompleto en bacterias anaeróbicas
Reacciones anapleróticas que reponen los intermediarios del cíclo del ácido cítrico quehan sido depletados al ser usados como precursores en vías anabólicas
AcetilCoA
Piruvato carboxilasa: compuesta de 4 subunidades idénticas, cada una conuna biotina (grupo prostético) unida covalentemente
Reacciones anapleróticas que reponen los intermediarios del cíclo del ácido cítrico
Biotina:
Vitamina requerida en dieta humana,también es sintetizada por bacteria
intestinal. Su deficiencia ocurreprincipalmente cuando se consumen
grandes cantidades de huevo crudo quetiene avidina (proteína afín a la biotina), lo
cual impide su absorción intestinal
La producción de acetil-CoA por el complejo piruvatodeshidrogenasa está regulada por mecaismos
alostéricos y covalentes
a) Mecanismosalostéricos:
La actividad enzimática se apaga cuando hay altaconcentración de energéticos (combustible) en forma deácidos grasos y acetil CoA. También cuando laconcentración de ATP celular es elevada, y el radioNADH/NAD+ es alto
Se enciende cuando hay demanda energética y se requiere unmayor flujo de acetil CoA al ciclo. En ese momento el radioNADH/NAD+ es bajo
b) Regulacióncovalente:
El complejo enzimático es inhibido por fosforilación reversibledel residuo Serina en la E1
•En presencia de altas concentraciones de ATP: se fosforilala E1, inactivando el complejo
•En presencia de bajas concentraciones de ATP seremueve el grupo fosfato, activando al complejo E1
El ciclo del ácido cítrico está regulado en sus tres pasos exergónicos
El flujo de metabolitos a través del ciclo del ácido cítrico está regulada por:
1) Disponibilidad de sustrato
2) Inhibición por acumulación de producto
3) Inhibición alostérica por retroalimentación (feedback) de enzimasque catalizan reacciones tempranas en la vía
Las concentraciones de sustratos eintermediarios del ciclo del ácido cítricofijan el flujo a través de la vía a unavelocidad que provee concentracionesóptimas de ATP y NADH
La velocidad de la glucólisis y la del ciclo del ácidocítrico están integrados (bajo condiciones
normales)Se metaboliza tanta glucosa como se requiera por el ciclo del ácidocítrico (suple de grupos acetilo)
La velocidad de la glucólisis y del ciclo del ácido cítrico estáncoordinadas por medio de a) inhibición por altos niveles deATP y NADH (componentes comunes en ambos ciclos) y b) porla concentración de citrato (producto final del ciclo del ácidocítrico que inhibe la fosfofructoquinasa en la glucólisis)