DESTINI METABOLICI DEL PIRUVATO

Piruvato Glicolisi

Acetil-CoA

Metabolismo aerobico: il piruvato entra nel mitocondrio

Ciclo di Krebs

Piruvato Acetil-CoA

Complesso della Piruvato deidrogenasi (PDH)

Piruvato

La reazione produce oltre all’acetil-CoA anche un equivalente riducente di NADH che può essere indirizzato alla catena di trasporto di e- mitocondriale.

Partendo da 1 molecola di glucosio si ottengono 2 Acetil-CoA e 2 NADH

Catena di trasporto degli elettroni

Complesso della Piruvato deidrogenasi (PDH)

Complesso multienzimatico contenente copie multiple di 3 distinte attività

enzimatiche (E1 - E2 - E3)

E1 = piruvato deidrogenasi (24 subunità)E2 = diidrolipoammide acetiltransferasi (24 subunità)E3 = diidrolipoammide deidrogenasi (12 subunità)

Decarbossilazione ossidativa del

piruvato.È un processo irreversibile.

Piruvato

Idrossietil-

E1

Subunità E1 Contiene come cofattore la TPP. Catalizza la decarbossilazione del

piruvato e la formazione dell’intermedio idrossietil-TPP

Subunità E2 Contiene come cofattore la Lipoammide. La subunità E1 trasferisce il

gruppo idrossietilico dalla TPP sulla lipoammide della subunità E2: nel trasferimento l’idrossietile viene gruppo Acetilico e e ilponte disolfuro della lipoammide viene

ridotto. Si forma un legame tioestere ad alta energia.

Piruvato

Idrossietil-

E1

Lipoillisina ridotta

Acetil-CoA

E2

Lipoillisina ossidata

La subunità E2 catalizza, quindi, la transacetilazione del gruppo acetilico dalla Lipoammide al Coenzima A con conseguente formazione di Acetil-CoA. La

lipoammide rimane nella forma ridotta.

Piruvato

Idrossietil-

E1

E2

E3

Lipoillisina ossidata

Lipoillisina ridotta

Acetil-CoA

Subunità E3Contiene come cofattore il FAD.Catalizza l’ossidazione della lipoillisina (si riforma il ponte disolfuro) con riduzione del FAD a FADH2 il quale trasferirà poi 2 e- sul NAD+ con conseguente produzione finale di NADH.

alte concentrazioni di Acetil-CoA e NADH informano l’enzima che non è più necessario metabolizzare il

piruvato (le esigenze cellulari sono soddisfatte)

REGOLAZIONE DEL COMPLESSO DELLA PIRUVATO DEIDROGENASI

DISPONIBILITA’ DEL SUBSTRATOMODULAZIONE ALLOSTERICAMODIFICAZIONI COVALENTI (fosforilazione/defosforilazione)

reazione irreversibile

I prodotti della reazione funzionano da modulatori allosterici negativi:Acetil-CoA (sulla transacetilasi, E2)NADH (sulla diidrolipoil deidrogenasi, E3)

L’attività della PDH è connessa anche al metabolismo dei lipidi: una elevata degradazione dei lipidi che

incrementa il livello di Acetil-CoA rallenta la PDH e porta al risparmio di glucosio.

CICLO DI KREBS (o DELL’ACIDO CITRICO)

È un processo ossidativo che ha un ruolo centrale nel metabolismo energetico delle cellule eucariotiche. Avviene nella matrice mitocondriale.

È alimentato soprattutto dall’Acetil-CoA, metabolita chiave prodotto dal catabolismo ossidativo dei carboidrati, dei lipidi, di vari amminoacidi.

L’energia rilasciata dalle ossidazioni del ciclo di Krebs è conservata come potere riducente (NADH e FADH2) che alimenta la sintesi di

ATP mitocondriale.

Acetil-CoA

Ossalacetato

Citrato

Isocitrato

chetoglutarato

Succinil-CoA

Succinato

Fumarato

Malato

Ciclo dell’acido citrico

Per ogni molecola di Acetil-CoA che viene ossidata nel ciclo vengono prodotti: 3 NADH1 FADH2

1 GTP (ATP)

CITRATO SINTASI

CITRATO

OSSALACETATO

ACETIL-CoA

-:CH2

H+

CITRATO Cis-ACONITATO

ISOCITRATO

ACONITASI ACONITASI

Isomerizzazione: il gruppo –OH viene spostato dal C-3 al C-2.

3

2

3

2

Nella cellula la reazione è spinta in avanti dal consumo di isocitrato nella reazione successiva.

È un metabolita del FLUOROACETATO

(Tossina usata come pesticida)

Reagisce con l’ossalacetato per formare FLUOROCITRATO

FLUOROACETIL-CoA:INIBITORE SUICIDA DELL’ACONITASI

Il fluoroacetil-CoA entra quindi nel ciclo di Krebs, inizia ad essere trasformato dalla citrato-sintasi ma quando entra nel sito attivo

dell’ACONITASI interagisce fortemente con essa inibendola in modo definitivo e bloccando quindi tutto il ciclo e la respirazione cellulare

H|

F — C — C|

H

O

O

- Na+

α-chetoglutarato

ISOCITRATO DEIDROGENASI

Isocitrato

Decarbossilazione ossidativa dell’isocitratoIl gruppo –OH in C-2 dell’isocitrato subisce un’ossidazione che porta alla

produzione di NADH (NADPH) e alla formazione di un α-chetoacido

:H- (ione idruro trasferito sul NAD+

H+ rilasciato dall’ossigeno

a) Isoenzima NAD-dipendente nella matrice mitocondriale.b) Isoenzima NADP-dipendente nel mitocondrio e nel citosol

(serve a generare NADPH).

CO2

α-chetoglutarato Succinil-CoA

Complesso dell’α-chetoglutarato deidrogenasi (TPP, Lipoammide,

FAD-dipendente).

Simile per struttura e funzione al complesso della piruvato deidrogenasi (sono utilizzati gli stessi

coenzimi e avviene la decarbossilazione ossidativa di un α-chetoacido)

Ossidazione dell’α-chetoglutarato: questa reazione porta alla formazione di un legame TIOESTERE ad alta energia e alla produzione di NADH

L’idrolisi del legame tioestere ad alta energia è accoppiata alla fosforilazione di un nucleoside-difosfato (GDP o ADP).

Si ottiene GTP o ATP. Le cellule animali hanno 2 isozimi, 1 specifico per l’ADP e 1 per il GDP.

Succinil-CoA sintetasi

Succinil-CoA Succinato

Legame tioestere ad alta energia

Un fosfato inorganico spiazza il CoAdalla molecola di succinil-CoA e si forma

un anidride mista: succinil-fosfato

Il gruppo fosfato viene ceduto ad un residuo di

His dell’enzima e si libera succinato

Il fosfo-enzima cede il gruppo fosfato al GDP e si forma GTP

GTP + ADP GDP + ATP

Nucleoside difosfato-chinasi

Il GTP scambia il gruppo fosfato con l’ADP per formare ATP

SUCCINATO DEIDROGENASI

SUCCINATO FUMARATO

Ossidazione del succinato a fumaratoCOMPLESSO II della catena di trasporto di e- mitocondriale

QQH2

Trasferisce gli e- al complesso III

FUMARATO Stato di transizione carbanionico

L-MALATO

FUMARASI

FUMARASI

Aggiunta STEREOSPECIFICA TRANS di acqua al doppio legame.

Quando il fumarato è nel sito attivo dell’enzima l’aggiunta della molecola d’acqua può avvenire

solo in una direzione.

Il ciclo di Krebs si conclude con un’ossidoriduzione che riforma l’ossalacetato e produce NADH

MALATODEIDROGENASI

L-MALATO OSSALACETATO

Nelle cellule la reazione è fortemente spinta in avanti perché l’ossalacetato è continuamente rimosso dalla citrato sintasi la quale mantiene bassa la concentrazione di ossalacetato nel mitocondrio.

BILANCIO ENERGETICO: Se partiamo dall’ossidazione di 1 molecola di glucosio possiamo ottenere energia sufficiente a sintetizzare 36 (o 38) molecole di ATP

glucosioGlicolisi 2 ATP + 2 NADH

sistema navetta malato/aspartato

2 NADH

sistema navetta diidrossiacetone-fosfato/glicerolo 3-fosfato

2 FADH2

2 piruvato → 2 Acetil-CoA(PDH) 2 NADH

TOTALE: 4 ATP 10 NADH >>>> ~ 30 ATP2 FADH2 >>>> ~ 4 ATP

~ 38 ATP

Ciclo di Krebs 6 NADH + 2 FADH2 + 2 GTP(ATP)

TOTALE: 4 ATP 8 NADH >>>> ~24 ATP4 FADH2 >>>> ~ 8 ATP

~ 36 ATP