07 piruvato deshidrogenasa
- 1. CONVERSIÓN DEL PIRUVATO EN ACETIL CoA Dra. Bertha Pari Olarte. Cátedra de Bioquímica II UNIVERSIDAD NACIONAL “SAN LUIS GONZAGA DE ICA FACULTAD DE FARMACIA Y BIOQUÍMICA
- 2. El piruvato pasa a la mitocondria por la vía de una proteína transportadora que se incluye en la membrana mitocondrial interna • La mitocondria está delimitada por una membrana doble, pero sólo la membrana interna presenta una barrera al paso de moléculas pequeñas, por ejemplo piruvato. • Las moléculas pequeñas pasan a través de la membrana exterior por la vía de un canal acuoso formado por una proteína llamada porina, la cual permite la difusión libre de moléculas de PM < 10,000. • En la membrana interna está incluida una proteína, la piruvato translocasa, que permite el transporte del piruvato del espacio intermembranal al espacio interior de la mitocondria, que se conoce como la matriz mitocondrial. En la figura, se muestra el piruvato cruzando la membrana en simporte con H(+).
- 3. Una vez adentro de la mitocondria, el piruvato es convertido en CO2 y acetil CoA, la cual es oxidada posteriormente por las reacciones del ácido cítrico.
- 4. conversión del piruvato en acetil coa • El complejo multienzimático Piruvato Deshidrogenasa (PDH) es un complejo mitocondrial formado por tres enzimas ( E1, E2, y E3) en una relación estequiométrica E1: E2: E3 de 30: 60 : 6. Además de estas tres enzimas responsables de la actividad catalítica, así como cofactores; así también existen enzimas responsables de la regulación de su actividad.
- 6. Enzima 1 ( E1 ) piruvato descarboxilasa : • Es un heterotetrámero formado por 2 subunidades alfa y 2 subunidades beta. Utiliza como Coenzima TPP ( Pirofosfato de tiamina, Tiamina difosfato, TDP). Es un grupo prostético puesto que se encuentra unido covalentemente a E1. E1 Cataliza la reacción : Piruvato + lipoamida => S-acetildihidrolipoamida + CO2
- 7. Enzima 2 ( E2 ) dihidrolipoil transacetilasa : E2 Cataliza la reacción : CoA + S-acetildihidrolipoamida => Acetil-CoA + dihidrolipoamida Enzima 3 ( E3 ) Dihidrolipoil Deshidrogenasa: Esta cadena se encuentra no solo en la estructura del Complejo PDH, sino también en los complejos 2-oxo- glutarato DH y DH de cetoácidos de cadena ramificada. Todos ellos en mitocondria. E3 Cataliza la reacción : Dihidrolipoamida + NAD+ => lipoamida + NADH
- 8. PDK: piruvato deshidrogenasa kinasa PDK se encuentra fuertemente unida para formar parte del complejo PDH, y regula la actividad catalítica de PDH mediante un proceso de fosforilación. PDP: piruvato deshidrogenasa fosfatasa PDP se encuentra unida de forma lábil al complejo PDH, y regula la actividad catalítica de PDH mediante un proceso de desfosforilación de la forma fosforilada.
- 9. Complejo Multienzimático de la Piruvato Deshidrogenasa Enzima Designación de la Enzima Co-sustrato prostético Sustrato Soluble Piruvato descarboxilasa E1 Pirofosfato de Tiamina Dihidrolipoil Transcetilasa E2 Lipoamida Coenzima A Dihidrolipoil Deshidrogenasa E3 FAD NAD+ Se requieren: - 03 actividades enzimáticas diferentes. - 05 co-factores diferentes. La ventaja de los complejos multienzimáticos es que los intermediarios no tienen que difundirse de una enzima a otra enzima para que ocurra la reacción.
- 10. • El complejo piruvato deshidrogenasa es un complejo multienzimático, es decir, es un ensamblado en forma covalente de moléculas de enzimas que catalizan reacciones sucesivas. El producto formado por una reacción del complejo de enzimas no se difunde dentro del medio, sino que inmediatamente sufre la acción del componente siguiente del sistema. Esto se conoce como canalización de los metabolitos. La canalización incrementa mucho la eficiencia catalítica. • En la figura se presentan los componentes individuales y la secuencia de reacciones del complejo de la piruvato deshidrogenasa. El complejo consiste en copias múltiples de tres enzimas: piruvato deshidrogenasa (E1), dihidrolipoamida acetiltransferasa (E2) Y dihidrolipoamida deshidrogenasa (E3).
- 11. • E1 cataliza la descarboxilación del piruvato y la transferencia del fragmento restante de dos carbonos a E2. • El piruvato reacciona primero con el grupo prostético de El, tiamina pirofosfato (TPP); después del desprendimiento de CO2, el intermediario que resulta es hidroxietiltiamina pirofosfato (HETPP), E1 mecanismo de esta reacción es similar a la de la piruvato descarboxilasa, En esa reacción se rompe HETPP, liberando acetaldehido. En la reacción, catalizada por E1, el fragmento de dos carbonos hidroxietilo, es transferido al grupo prostético de lipoamida de E2.
- 12. • Este grupo prostético consiste de ácido lipoico unido covalentemente en un enlace amidico a un residuo de lisina de E2. • El grupo prostético lipoamida actúa como una rama oscilante que se mueve entre los sitios reactivos de E1 y E3. La transferencia del fragmento hidroxietilo, de dos carbonos de E1 al grupo prostético lipoamida de E2 se cree que comprende primero la oxidación de HETPP por la forma disulfuro del grupo de lipoamida para formar acetil TPP, seguida de la transferencia del grupo acetilo a la forma dihidro de la lipoamida. En seguida CoASH reacciona con el grupo acetilo, formando acetil CoA y dejando la lipoamida en la forma reducida de sulfhidrilo. • E3 cataliza la reoxidación de la lipoamida reducida de E2, permitiendo que E2 participe en otra ronda de catálisis. El grupo prostético de E3, flavina adenina nucleótido (FAD), oxida la lipoamida reducida dando como resultado la formación de la coenzima reducida, E3 -FADH2. Entonces NAD- es reducido por E3 -FADH2 de modo que se forman E3 -FAD y NADH y se completa el ciclo catalítico.
- 13. LAS ENZIMAS CINASA Y FOSFATASA ESTAN ASOCIADAS EN EL COMPLEJO MULTIENZIMATICO Ambas enzimas, la cinasa y la fosfatasa actúan sobre la piruvato deshidrogenasa, El, la cual, bajo la mayor parte de condiciones, cataliza la etapa determinante de la velocidad del complejo. La piruvato deshidrogenasa cinasa cataliza la fosforilación de E1, inactivando en esta forma el complejo de piruvato deshidrogenasa. La piruvato deshidrogenasa fosfatasa cataliza la fosforilación y la activación de E1. La piruvato deshidrogenasa cinasa y la fosfatasa se regulan por sí mismas.
- 14. • La cinasa es activada alostéricamente por NADH y acetil CoA e inhibida alostéricamente por piruvato, llevan a un aumento en la fosforilación de la subunidad piruvato deshidrogenasa y a la inhibición de una oxidación posterior del piruvato. A la inversa, el piruvato inhibe la cinasa, originando una subunidad de piruvato deshidrogenasa activa. • El otro regulador clave del estado de fosforilación E1 es el ion Ca2 + el cual activa la piruvato deshidrogenasa fosfatasa. El ion Ca2+ tiene muchas funciones importantes en las células. Es el principal activador de la contracción muscular, está asociado con la motilidad celular y es un regulador muchas vías metabólicas. Los niveles elevados de ion Ca2+ activan la fosfatasa provocando una desfosforilación de la subunidad E1 y un aumento en el flujo a través del complejo piruvato deshidrogenasa
- 15. La regulación del complejo de la piruvato deshidrogenasa controla el suministro de acetil CoA producido por el piruvato y en esta forma la degradación de los carbohidratos. En general, los sustratos del complejo de la piruvato deshidrogenasa son activadores de los componentes del complejo y los productos son inhibidores. Los inhibidores alostéricos parecen estar presentes en concentraciones elevadas cuando las fuentes de energía están llenas. La inversa se aplica a los activadores del complejo de piruvato deshidrogenasa.