Destino del Piruvato e Decarbossilazione

Destino del Piruvato

• In assenza di ossigeno, il piruvato può subire la fermentazione lattica o alcolica.
• In presenza di ossigeno, il piruvato entra nella respirazione cellulare, trasformandosi in Acetil-CoA e alimentando il ciclo di Krebs.

Decarbossilazione Ossidativa del Piruvato: Caratteristiche Generali

• La decarbossilazione ossidativa del piruvato è una via metabolica che converte il piruvato in acetil-coenzima A.
• La reazione avviene nel mitocondrio, poiché il piruvato viene trasportato all'interno della matrice mitocondriale.
• Il piruvato, ottenuto dalla glicolisi, è una molecola "ponte" tra la glicolisi e il ciclo di Krebs.
• Il piruvato viene metabolizzato in acetil-coenzima A attraverso una serie di reazioni enzimaticamente condotte.

Piruvato Deidrogenasi

• La via metabolica richiede un complesso enzimatico formato dagli enzimi piruvato deidrogenasi (E1), diidrolipoil transacetilasi (E2) e diidrolipoil deidrogenasi (E3).
• Il processo richiede cinque cofattori: tiamina pirofosfato (TPP), NAD+, FAD, Coenzima A (CoA) e lipoato.

Valore Energetico

• Le reazioni di decarbossilazione del piruvato hanno una importante valenza energetica.
• L'energia del glucosio è rilasciata solo parzialmente nella glicolisi, mentre due molecole di piruvato contengono ancora energia che può essere rilasciata.
• La via metabolica ottimizza l'ottenimento di energia dal glucosio, poiché l'acetil-coenzima A veicola il piruvato verso il ciclo di Krebs.

Decarbossilazione Ossidativa del Piruvato: Le Tappe

• Dopo la glicolisi, in presenza di ossigeno, il piruvato continua l'ossidazione nel mitocondrio.
• Il piruvato attraversa la membrana esterna ed entra nella membrana interna grazie a un trasportatore specifico.
• Il trasportatore permette l'entrata tramite un simporto con un protone.
• Il piruvato viene convertito in acetil-CoA nella matrice mitocondriale grazie al complesso della piruvato deidrogenasi (PDH).
• Il complesso è composto da tre enzimi, cinque coenzimi e due proteine regolatrici.

Fasi della decarbossilazione ossidativa

• Il piruvato perde il gruppo carbossilico come anidride carbonica (CO2) e si lega alla tiamina pirofosfato nell'enzima piruvato deidrogenasi (E1).
• La piruvato deidrogenasi (E1) coadiuva; due idrogeni sono veicolati nel residuo del lipoato, legato alla diidrolipoil transacetilasi (E2) tramite lisina.
• Il residuo idrossialchilico del piruvato dona due idrogeni e forma un acetato, che si lega a un atomo di zolfo del lipoato.
• Il coenzima-A strappa il gruppo acetilico dal legame zolfo-carbonio del complesso della diidrolipoil transacetilasi (E2), formando acetil-coenzima A.
• Lipoato è legato all'enzima E2 mediante un residuo di lisina, rimane nella sua forma ridotta e non funzionale quando il coenzima A è formato.
• L'enzima diidrolipoil deidrogenasi (E3) ripristina la forma ossidata del lipoato grazie al FAD che accetta due idrogeni e consente al lipoato di iniziare un nuovo ciclo.
• Per ripristinare la forma ridotta del FAD interviene il NAD, che accetta una molecola di idrogeno (H2) e la incorpora nel suo anello niacinico.

Destino dell'Acetil-CoA

• L'acetil-Coenzima A può entrare nel ciclo di Krebs o diventare il precursore per la biosintesi dei lipidi.

Ciclo di Krebs: Caratteristiche Generali

• Il ciclo dell'acido citrico (o ciclo di Krebs, o ciclo degli acidi tricarbossilici) è un processo catalitico a 8 tappe.
• Converte gruppi acetile derivati da carboidrati, acidi grassi e amminoacidi in CO2, producendo NADH, FADH2 e GTP.
• È una via metabolica aerobica che si svolge nella matrice mitocondriale.
• Il ciclo ossida il gruppo acetile dell'Acetil CoA a 2 molecole di CO2, conservando l'energia libera in 3 NADH, 1 FADH2 e 1 GTP.

Ciclo di Krebs: Le Tappe

• L'acetil-CoA si unisce al gruppo carbonilico dell'ossalacetato.
• La reazione è catalizzata dalla citrato sintasi, che lega prima l'ossalacetato e poi il gruppo acetil-CoA, formando il citrato.
• Il citrato viene trasfromato in isocitrato attraverso un composto intermedio, il cis-aconitato, grazie all'enzima aconitasi.
• L'isocitrato deidrogenasi catalizza la rimozione di un gruppo carbossilico, formando α-chetoglutarato.
• Una seconda decarbossilazione con l'aggiunta del coenzima A forma succinil-CoA, grazie all'α-chetoglutarato deidrogenasi, simile alla piruvato deidrogenasi.
• Il coenzima A viene idrolizzato e l'energia rilasciata forma GTP, grazie alla succinil-CoA sintetasi, portando alla formazione di succinato.
• Il succinato viene ossidato a fumarato grazie alla flavoproteina succinato deidrogenasi.
• L'enzima è legato al FAD, che viene ridotto a FADH2 nel corso della reazione.
• L'enzima fumarasi (o fumarato idratasi) idrata il fumarato a L-malato.
• L'ultima reazione del ciclo riforma l'ossalacetato: L-malato deidrogenasi ossida l'L-malato riducendo NAD in NADH.

Resa Energetica

• Il ciclo di Krebs prevede l'utilizzo di 1 Acetil CoA (2C)
• Vengono prodotti 2CO₂, 3NADH, 3NAD+ e GTP.

Regolazione Ciclo di Krebs

• Il ciclo è regolato dalle necessità energetiche della cellula e dalla concentrazione di ATP.
• La cellula accelera le reazioni della catena di trasporto degli elettroni quando richiede energia.
• L'NADH viene ossidato rapidamente velocizzando il ciclo di Krebs. Quando la concentrazione di ATP è alta, la catena di trasporto degli elettroni rallenta, aumenta la concentrazione di NADH e il ciclo di Krebs è inibito.
• NADH + H+ e FADH2 entrano nella catena di trasporto degli elettroni che si trova nella membrana interna mitocondriale.

Funzione Biosintetica del Ciclo di Krebs

• Alcuni metaboliti del ciclo di Krebs danno origine ad amminoacidi:
• L'acido α-chetoglutarico origina l'acido glutammico per transaminazione e la glutammina.
• Il succinil CoA origina metionina, lisina, treonina e leucina.
• L'acido ossalacetico origina l'acido aspartico per transaminazione e l'asparagina.
• Quando l'acido citrico (derivato dalla condensazione di acido ossalacetico e acetil CoA) è in eccesso, fuoriesce dai mitocondri e produce acetil CoA nel citosol, avviando la sintesi di acidi grassi.
• Gli intermedi del ciclo di Krebs possono essere sottratti per le biosintesi e devono essere sostituiti.
• Quando l'acido ossalacetico viene convertito in un amminoacido, si forma nuovo acido ossalacetico da acido piruvico, tramite la piruvico carbossilasi.