Tema 12B - Destinos del piruvato

Contexto: Procedencia del piruvato.

¿De qué ruta metabólica? …………..
¿En qué compartimento subcelular? ……………..
A partir de un mol de glucosa se producen …….. moles de piruvato

Resumen de estas vías:

Pyr etanol + CO₂ .
Pyr lactato .
Pyr acetil-CoA + CO₂ .

¿Qué se obtiene?

Regeneración del NAD utilizado en la glucólisis.
Continuar la oxidación para la obtención de energía: ATP + CO₂ + H₂O .

Destinos en condiciones anaeróbicas (fermentaciones)

¿Qué es una fermentación?

Sustratos y productos de algunas fermentaciones.

Aplicaciones prácticas de la fermentación: biotecnología tradicional.

Recordatorio: gasto de NAD en la glucólisis -- Reacción nº6, de GA3P a 1,3BPG
Si no se puede hacer fosforilación oxidativa, es necesario regenerar el NAD para que pueda mantenerse la glucólisis.

F. láctica
- Reducción del piruvato a lactato.
- En microorganismos y en el músculo en ejercicio.
Alcohólica
- Reducción del piruvato a etanol.
- En microorganismos.

Acoplan la reducción del piruvato con la oxidación del NADH.

Rendimiento energético

Es inferior a la oxidación completa
Entonces, ¿por qué se usa?

Fermentación láctica

Reacción y enzima: LDH.

Isoenzimas de LDH. Propiedades diferenciales.

LDH: tetrámero, 4 subunidades de 2 tipos posibles (H y M)
5 isoenzimas de LDH: algunas diferencias, pero catalizan la misma reacción.
M y H codificadas en diferentes loci (gen M, gen H)
Aunque catalizan la misma reacción difieren en sus valores de K_m para el piruvato.
Además, el piruvato inhibe alostéricamente H₄ pero no M₄.
Análisis de isoenzimas en Biomodel > Laboratorios virtuales

Balance, sumando la glucólisis: Glucosa + 2 ADP + 2 P_i 2 lactato + 2 ATP + 2 H₂O

Ejemplos de glucólisis anaeróbica: Ejercicio puntual intenso. Parto: neonato (glucólisis anaerobia, con peligro de acidosis láctica). Crecimiento tumoral.

Fermentación alcohólica

Reacciones y enzimas: piruvato descarboxilasa, alcohol deshidrogenasa.

Balance, sumando la glucólisis: Glucosa + 2 ADP + 2 P_i 2 etanol + 2 HCO₃⁻ + 2 ATP

Enzimas

Piruvato descarboxilasa
- En levaduras y en bacterias
- Descarboxilación no oxidativa
- coenzima: pirofosfato de tiamina (TPP); proviene de la vitamina B1; portador de “grupos aldehídos activos”
- coenzima TPP en Biomodel
Alcohol deshidrogenasa
- No sólo en levaduras, también en hígado
- Necesaria para el metabolismo del etanol en la dieta
- coenzima: Zn²⁺ .

Destino en condiciones aeróbicas (oxidación)

Ubicación subcelular: matriz mitocondrial

Reacción y enzima: piruvato deshidrogenasa (complejo enzimático)

Balance, sumando la glucólisis: Glucosa + 2 ADP + 2 P_i + 4 NAD + 2 CoA 2 AcCoA + 2 HCO₃⁻ + 2 ATP + 4 NADH

Estructura del acetil-CoA

tioéster
compuesto “de alta energía” (su hidrólisis tiene ΔG muy negativa, −31.5 kJ/mol, frente a −30.5 kJ/mol del ATP)
portador de grupo acetilo “activado”
coenzima A en Biomodel

Fuentes y destinos del acetil-CoA (resumen); el AcCoA es un punto central de distribución en las rutas metabólicas.

El complejo de la piruvato deshidrogenasa

Oxidación aeróbica a acetil-CoA
Es un complejo multienzimático
Gran tamaño: 4,5 MDa en E. coli; 9-10 MDa en mamíferos
¡Mayor que un ribosoma! (2,5 MDa y 4,2 MDa respectivamente)
Relacionado con otros complejos homólogos, entre ellos la α-cetoglutarato deshidrogenasa (en ciclo de Krebs)
Se pasan grupos de unos centros activos a otros, gracias a un conector largo y flexible

Animaciones de las reacciones del complejo de la piruvato deshidrogenasa:

Animación de estructura y reacciones. Con una representación más realista de la estructura del complejo PDH. (ChemgaPedia, Wiley; ubicación original)
Estructura del complejo, resaltando los brazos flexibles que portan el sustrato. (Smart Biology)
Estructura del complejo (PDB Protein of the Month)

Complejo de la piruvato deshidrogenasa
enzimas	coenzimas
(^nc) unido a la enzima de forma no covalente (^c) unido a la enzima de forma covalente (amida con el grupo amino e de la cadena lateral de Lys) (^s) soluble TPP = pirofosfato de tiamina = tiamina-pirofosfato = tiamina-difosfato
enzimas	catalíticas, no se consumen, grupos prostéticos	estequiométricas, cosustratos, se transforman
E1 EC 1.2.4.1 piruvato deshidrogenasa	TPP ^nc Mg²⁺
E2 EC 2.3.1.12 dihidrolipoamida transacetilasa	lipoamida ^c	coenzima A ^s = CoA-SH
E3 EC 1.8.1.4 dihidrolipoamida deshidrogenasa	FAD ^nc	NAD⁺ ^s

Estudio de las coenzimas del complejo... [Coenzimas en Biomodel]

Reacciones catalizadas por el complejo enzimático PDH (esquema en Biomodel)

Utilidad de un complejo multienzimático:

menor difusión de productos intermedios: mayor velocidad de la reacción
menos reacciones colaterales (canalización)
control integrado de todas las etapas

Regulación del complejo enzimático PDH

Reacción irreversible en los animales
Destino inevitable de la glucosa: CO₂ o bien lípidos
2 mecanismos de regulación:
- ~~alostérica~~ inhibición competitiva por producto
- covalente
Inhibición por productos
- NADH inhibe* E3
- acetil-CoA inhibe* E2
- El producto compite con el sustrato (reacciones reversibles)
Regulación covalente: Fosforilación y desfosforilación (eucariotas)
- La fosforilación inactiva la PDH
- (adiposo e hígado) La insulina estimula la fosfatasa :: activa la PDH :: gasto de glucosa
- Señal de contracción muscular: aumenta [Ca²⁺]: activa la fosfatasa :: estímulo metabólico en ejercicio
Regulación directa de las enzimas del complejo + regulación a través de la quinasa y la fosfatasa
Cocientes elevados:
- ATP / ADP :: PDH poco activa
- NADH / NAD⁺ :: PDH poco activa
- AcCoA / CoA :: PDH poco activa
- Piruvato :: PDH activa
- Ca²⁺ :: PDH activa (al menos en músculo)

-(fin)-