CONVERSION DE PIRUVATO EN ACETIL CoA

La conversión del piruvato en acetil-CoA se desarrolla en cuatro etapas dentro del complejo enzimático de la piruvato descarboxilasa.

Paso 1. Piruvato + TPP Hidroxietil-TPP + CO2

El piruvato reacciona con tiamina pirofosfato (TPP) en la enzima piruvato deshidrogenasa (E1) del complejo. Este proceso escinde CO2 y genera acetaldehído unido a TPP, o hidroxietilamina.

Esta reacción es la más lenta del proceso, por lo que es la limitante de la velocidad de la reacción global.

Paso 2. Hidroexitil-TPP + Lipoamida TPP+ + Acetil-lipoamidaLa hidroexiteliamina reacciona con la lipoamida en una oxidación que genera acetil-lipoamida (catalizada por la dihidrolipoamida aciltransferasa, E2). El oxidante es el grupo disulfuro de la lipoamida que se reduce a sulfihidrilo. El otro azufre se liga al acetil.

Paso 2. Hidroexitil-TPP + Lipoamida TPP+ + Acetil-lipoamidaEl ácido lipoico está unido a una lisina específica de la dihidrolipoil transacetilasa. Esta posición de la lipoamida se encuentra en una cadena flexible de aminoácidos que le permite rotar de un sitio activo al otro.

Paso 3. Acetil-lipoamida + CoA-SH Dihidrolipoamida + acetil-CoA

La acetil-lipoamida continua en la dihidrolipoil transacetilasa, donde reacciona con el cofactor CoA-SH. El acetil de la acetil-lipoamida es transferido a la CoA, que se oxida y conserva el enlace tioéster rico en energía, y se reestablece la dihidrolipoamida, que se reduce al adquirir de nuevo el sulfhidrilo. La acetil-CoA se libera al interior de la matriz mitocondrial.

Paso 4. Dihidrolipoamida + NAD+ Lipoamida + NADH+H+

La última reacción la cataliza la dihidrolipoil deshidrogenasa, donde se reestablece en el enlace disulfuro de la lipoamida para hacerla reactiva nuevamente. Para ello, se emplea a FAD como intermediario, que se reduce a FADH2 y oxida los sulfuros (que luego se enlazan nuevamente). Finalmente, el FADH2 reacciona con NAD+, que se reduce a NADH+H+ y se libera, restituyendo a FAD para una nueva reacción.

A este tipo de reacciones en secuencia se le denomina canalización de sustratos. De este modo, ningún sustrato abandona nunca el complejo, por lo que la concentración de sustratos es muy alta en E2. Además, se impide el robo por parte de otras rutas del grupo acetilo.

FAD

TPP|CHOH|CH3

FADH2

NADH+H+

NAD+

CoA-SH

TPP

Lys

FAD

Dihidrolipoil transacetilasa o lipoamida reductasa transacetilasa o dihidrolipoamida aciltrasnferasa (E2)

Piruvato deshidrogenasa (E1)

Dihidrolipoil deshidrogenasa o dihidrolipoamida deshidrogenasa (E3)

DRAMATIZACIÓN

Citosol

Regulación de la producción de acetil-CoA en la piruvato deshidrogenasa

El complejo de la piruvato deshidrogenasa se regula por dos mecanismos: la regulación alostérica y la modificación covalente.La regulación alostérica se produce porque el complejo es fuertemente inhibido por los productos de la reacción: el ATP, el acetil-CoA y el NADH+H+. Lo mismo ocurre en presencia de ácidos grasos de cadena larga.Por el contrario, un aumento de CoA-SH, AMP y NAD+ son todos activadores del complejo de la piruvato deshidrogenasa. Estos son producto de un déficit de la entrada de acetil-CoA.

Una gran cantidad de combustible inhibe la descarboxilación de piruvato, que se acumula en el exterior de la mitocondria e inhibe, también alostéricamente, a la glucólisis. A la par, se da un incremento de ATP, de ácidos grasos que acumulan energía y la relación [NADH]/[NAD+] es alta. La demanda de acetil-CoA es, por lo tanto, lo que permite la descarboxilación del piruvato. Esta demanda se manifiesta como un aumento en la concentraciones de AMP, CoA, NAD+ y Ca+2.

Un segundo nivel de regulación se observa en la piruvato deshidrogenasa de los vertebrados. La modificación covalente ocurre a nivel de la primera enzima del complejo, en E1, mediante una fosforilación en el residuo de Ser de una de las dos subunidades de la enzima.Adicionalmente a E1, E2 y E3, el complejo cuenta con dos proteínas reguladoras: una proteína quinasa que fosoforila la Ser de E1, y la inactiva, y fosfoproteína fosfatasa, que desfoforila mediante hidrólisis y activa a E1.

La fosfoproteína fosfatasa está siempre activa, pero su actividad se ve opacada por la quinasa. La quinasa se activa con niveles altos de ATP (reflejo de suministro óptimo de energía), de modo que cuando no hay demanda energética, la quinasa fosforila e inactiva a E1. Cuando el ATP decrece, la quinasa se inactiva, y la fosfoproteína desfosforila y activa a E1.

E1E1

Ser

P

E1E1

SerP

En el complejo piruvato deshidrogenasa la inhibición alostérica ocurre por el NADH, que es su regulador primario.En Escherichia coli no se ha identificado una modificiación covalente, aunque hay un mecanismo de inhibición alostérica.En animales, la reacción es irreversible ya que no es posible la conversión de acetil-CoA a glucosa. Por lo tanto, este compuesto puede irse a dos rutas: el ciclo de los ácidos tricarboxílicos, que produce energía, o la síntesis de lípidos, que la almacena.

La actividad del complejo se controla, por lo tanto, en tres niveles.

Control del complejo piruvato deshidrogenasa

Mecanismo de control DescripciónRegulación a nivel de sustrato El acetil-CoA y el NADH, los productos de la

oxidación del piruvato, inhiben el complejoenzimático. El acetil-CoA inhibe al componente transacetilasa, mientras que el NADH inhibe al componente dihidrolipoico deshidrogenasa. Estos efectos inhibidores son revertidos por el CoA y el NAD+, respectivamente.

Retroalimentación por nucleótidos

La actividad del complejo enzimático se controla por la carga energética. Concretamente, el componente piruvato deshidrogenasa se inhibe por el GTP y se activa por el AMP. De nuevo, la actividad del complejo se reduce cuando la célula disponede energía.

Mecanismo de control Descripción

Regulación por fosforilación reversible

El complejo se vuelve enzimáticamente inactivo cuando el ATP se fosforila, mediante una quinasa específica, un determinado residuo de serina del componente piruvato deshidrogenasa.a) La fosforilación se favorece a valores altos de loscocientes ATP/ADP, acetil-Coa/CoA y NADH/NAD+,mientras que se inhibe por el piruvato.b) El complejo enzimático se activa por una desfosforilación producida por la fosfatasa.c) La desfosforilación se favorece con niveles elevados de Ca+2.La insulina también estimula la desfosforilación con lo que se acelera la transformación de piruvato a acetil-CoA, y así el paso de glucosa a piruvato.