DESTINI METABOLICI DEL PIRUVATO

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1 DESTINI METABOLICI DEL PIRUVATO

2 Glicolisi Piruvato Metabolismo aerobico: il piruvato entra nel mitocondrio Acetil-CoA Ciclo di Krebs Catena di trasporto degli elettroni Piruvato Complesso della Piruvato deidrogenasi (PDH) Acetil-CoA La reazione produce oltre all acetil-coa anche un equivalente riducente di NADH che può essere indirizzato alla catena di trasporto di e - mitocondriale.

3 Complesso della Piruvato deidrogenasi (PDH) Complesso multienzimatico contenente copie multiple di 3 distinte attività enzimatiche (E 1 - E 2 - E 3 ) E 1 = piruvato deidrogenasi (in E. coli 24 subunità) E 2 = diidrolipoammide acetiltransferasi (24 subunità) E 3 = diidrolipoammide deidrogenasi (12 subunità) Decarbossilazione ossidativa del piruvato. È un processo irreversibile.

4 E2 E1 E3 D. Voet C. W. Pratt J. G. Voet, FONDAMENTI DI BIOCHIMICA, Zanichelli editore S.p.A. Copyright

5 Subunità E 1 Contiene come cofattore la TPP. Catalizza la decarbossilazione del piruvato e la formazione dell intermedio idrossietil- TPP _ La forma carbanionica dell Idrossietil-TPP è quella più reattiva ed entra in gioco nella reazione successiva D. Voet C. W. Pratt J. G. Voet, FONDAMENTI DI BIOCHIMICA, Zanichelli editore S.p.A. Copyright

6 Subunità E 2 Contiene come cofattore la Lipoammide. La subunità E 1 trasferisce il gruppo idrossietilico dalla TPP sulla lipoammide della subunità E 2 : nel trasferimento l idrossietile è OSSIDATO a gruppo Acetilico e il ponte disolfuro della lipoammide viene ridotto. Si forma un legame tioestere ad alta energia. La subunità E 2 catalizza poi la transacetilazione del gruppo acetilico dalla Lipoammide al Coenzima A con conseguente formazione di Acetil-CoA. La lipoammide rimane nella forma ridotta.

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8 Ciascuno porta un braccio di lipoammide che può caricare un gruppo acetilico Dominio della subunità periferica Il movimento del braccio mobile della lipoammide garantisce una canalizzazione dei prodotti da una reazione all altra, il processo è più efficiente e non si verifica perdita di intermedi metabolici. Mike Williamson, COME FUNZIONANO LE PROTEINE, Zanichelli editore S.p.A. Copyright

9 H + H + _ HS S O =C-CH 3 HS S ACETIL DIIDROLIPOAMIDE Mike Williamson, COME FUNZIONANO LE PROTEINE, Zanichelli editore S.p.A. Copyright

10 Subunità E 3 Contiene come cofattore il FAD. Catalizza l ossidazione della lipoillisina (si riforma il ponte disolfuro) con riduzione del FAD a FADH 2 il quale trasferirà poi 2 e - sul NAD + con conseguente produzione finale di NADH. D. Voet C. W. Pratt J. G. Voet, FONDAMENTI DI BIOCHIMICA, Zanichelli editore S.p.A. Copyright

11 LIPOAMMIDE RIDOTTA HS SH Cys Cys FAD S S OSSIDORIDUZIONI NELLA SUBUNITA E3 FAD FADH 2 NAD + SH SH S S FAD S S + NADH LIPOAMMIDE OSSIDATA Il NADH è un trasportatore mobile di e-, nella forma ridotta lascia il complesso della piruvato deidrogenasi per dirigersi alla catena respiratoria mitocondriale

12 REGOLAZIONE DEL COMPLESSO DELLA PIRUVATO DEIDROGENASI DISPONIBILITA DEL SUBSTRATO MODULAZIONE ALLOSTERICA MODIFICAZIONI COVALENTI (fosforilazione/defosforilazione) I prodotti della reazione funzionano da modulatori allosterici negativi: Acetil-CoA (sulla transacetilasi, E 2 ) NADH (sulla diidrolipoil deidrogenasi, E 3 ) reazione irreversibile alte concentrazioni di Acetil-CoA e NADH informano l enzima che non è più necessario metabolizzare il piruvato (le esigenze cellulari sono soddisfatte) L attività della PDH è connessa anche al metabolismo dei lipidi: una elevata degradazione dei lipidi che incrementa il livello di Acetil-CoA e NADH rallenta la PDH e porta al risparmio di glucosio.

13 NADH e Acetil-CoA quando presenti ad alte concentrazioni nel mitocondrio attivano la piruvato deidrogenasi chinasi che fosforilando il complesso lo rende inattivo In condizioni di elevato apporto glucidico, sotto stimolo dell Insulina, è attivata una fosfatasi specifica che defosforila il complesso rendendolo attivo e permettendo quindi l ingresso di piruvato nel ciclo di Krebs D. Voet C. W. Pratt J. G. Voet, FONDAMENTI DI BIOCHIMICA, Zanichelli editore S.p.A. Copyright

14 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 FADH 2 ) che alimenta la sintesi di ATP mitocondriale.

15 Per ogni molecola di Acetil-CoA che viene ossidata nel ciclo vengono prodotti: 3 NADH 1 FADH 2 1 GTP (ATP) Ossalacetato Acetil-CoA Citrato Isocitrato Malato Fumarato Ciclo dell acido citrico chetoglutarato Succinato Succinil-CoA

16 L acetil-coa entra nel ciclo di Krebs nella reazione di condensazione con l ossalacetato che produce il CITRATO liberando CoA-SH H + ACETIL-CoA CITRATO SINTASI CITRATO OSSALACETATO

17 SITO ATTIVO DELLA CITRATO SINTASI:I residui di Asp375 e His274 attivano l Acetil-CoA, l His320 attiva l ossalacetato L O carbonilico diventa ossidrile (strappa un H + all His320) D. Voet C. W. Pratt J. G. Voet, FONDAMENTI DI BIOCHIMICA, Zanichelli editore S.p.A. Copyright

18 ISOMERIZZAZIONE: Il gruppo OH deve essere spostato sul carbonio ACONITASI ACONITASI CITRATO Cis-ACONITATO 3 2 ISOCITRATO Nella cellula, in condizioni reali la reazione è esoergonica, è spinta in avanti dal consumo di isocitrato nella reazione successiva.

19 FLUOROACETIL-CoA: INIBITORE SUICIDA DELL ACONITASI H F C C H O S-CoA È un metabolita del FLUOROACETATO (Tossina usata come pesticida) È riconosciuto come substrato dalla citrato-sintasi che lo condensa con l ossalacetato per formare FLUOROCITRATO Il Fluorocitrato quando entra nel sito attivo dell ACONITASI interagisce fortemente con essa inibendola in modo IRREVERSIBILE, bloccando quindi tutto il ciclo e la respirazione cellulare F

20 Decarbossilazione ossidativa dell isocitrato Il 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 + rilasciato dall ossigeno CO 2 Isocitrato ISOCITRATO DEIDROGENASI :H - (ione idruro trasferito sul NAD + ) α-chetoglutarato

21 SITO ATTIVO DELL ISOCITRATO DEIDROGENASI: MECCANISMO 1 ione idruro è ceduto dal C-2 al NAD +, il gruppo ossidrilico in posizione 2 diventa un carbonile, L intermedio ossalosuccinato interagisce con uno ione Mn 2+ che destabilizza il gruppo carbossilico in C-3 Il gruppo carbossilico in posizione 3 esce come CO 2 Si forma un intermedio enolato, stabilizzato dallo ione Mn 2+ Entra un H + che va a legarsi al C-3 e si ottiene un alfa-chetoacido. D. Voet C. W. Pratt J. G. Voet, FONDAMENTI DI BIOCHIMICA, Zanichelli editore S.p.A. Copyright