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Franca Esposito » 12.Destino piruvato, ciclo dell'acido citrico

Destini del piruvato

Il piruvato prende destini diversi a seconda di:

tipo di organismo
compartimento cellulare
condizioni aerobiche o anaerobiche

Lezione della Prof. Patrizia Carandente Giarrusso

Tratto da: DL Nelson e MM Cox “I Principi di biochimica di Lehninger” ed. Zanichelli.

Fermentazione etanolica

In condizioni anaerobiche alcuni organismi fermentanti come il lievito, il piruvato viene convertito in etanolo e CO₂.

Due tappe consecutive, che richiedono l’intervento di 2 Enzimi:

decarbossilazione irreversibile del piruvato ad acetaldeide e CO₂, catalizzata da Piruvato decarbossilasi, tiamina pirofosfato (TPP) e ioni Mg²⁺
riduzione acetaldeide ad etanolo tramite Alcol deidrogenasi, coenzima NADH convertito a NAD⁺

Quindi la fermentazione alcolica rigenera il NAD⁺, impedendo l’arresto della glicolisi.

Tratto da: DL Nelson e MM Cox “I Principi di biochimica di Lehninger” ed. Zanichelli.

Fermentazione lattica

In anaerobiosi ad es. muscolo in intensa attività fisica, in cui la richiesta di ATP è elevata ma rifornimento di O₂ è scarso, l’unico modo per ottenere rapidamente ATP è attraverso la glicolisi.

Destino aerobico del piruvato è quindi impedito , l’unico modo per ottenere rapidamente ATP è attraverso la glicolisi.

Glicolisi consuma NAD⁺, è necessario rigenerarlo a partire dal NADH attraverso la fermentazione lattica.

Fermentazione lattica (segue)

Il piruvato viene ridotto a lattato da Lattico deidrogenasi (LDH), in presenza del coenzima NADH che viene ossidato a NAD⁺, indispensabile per continuare la glicolisi.

La conversione di piruvato in lattato avviene anche in aerobiosi.

Es . Eritrociti, in assenza di mitocondri, la glicolisi è l’unica fonte energetica.

Tratto da: DL Nelson e MM Cox “I Principi di biochimica di Lehninger” ed. Zanichelli.

Ciclo di Cori

Il lattato prodotto, esce dalla cellula ed entra nel flusso sanguigno.

Arriva alle cellule epatiche dove è ricovertito a piruvato per riformare glucosio attraverso la gluconeogenesi (Ciclo di Cori).

Tratto da: DL Nelson e MM Cox “I Principi di biochimica di Lehninger” ed. Zanichelli.

Destino aerobico del piruvato

In condizioni aerobiche il piruvato viene completamente ossidato ad anidride carbonica ed acqua con produzione di una grande quantità di composti ad alto contenuto energetico.

L’inizio del destino aerobico del piruvato comporta la sua trasformazione in Acetil-S-CoA, un intermedio chiave di altri processi metabolici ad opera del complesso enzimatico della piruvato deodrogenasi.

tratto da: DL Nelson e MM Cox “I Principi di biochimica di Lehninger” ed. Zanichelli

Complesso piruvato deidrogenasi

Il complesso multienzimatico della piruvato deidrogenasi, localizzato nella matrice mitocondriale, catalizza in modo irreversibile la decarbossilazione ossidativa del piruvato.

E’ costituito da tre attività enzimatiche e da cinque gruppi prostetici/coenzimi, come mostrato nella figura a lato.

Complesso piruvato deidrogenasi (segue)

Tratto da: DL Nelson e MM Cox “I Principi di biochimica di Lehninger” ed. Zanichelli. Per il commento si veda la slide successiva.

Complesso piruvato deidrogenasi (segue)

1. E₁ Piruvato deidrogenasi – TPP

Catalizza decarbossilazione del Piruvato, generando idrossietil- TPP (reaz. 1); poi ossidazione di idrossietil a gruppo acetilico e trasferimento di 2 e- per ridurre il disolfuro del lipoato legato ad E2 e ad esso trasferire il gruppo acetile da TPP, formando un un acetiltioestere con SH (reaz. 2).

2. E₂ Diidrolipoil transacetilasi – Lipoato

Catalizza la trans-esterificazione del gruppo acetilico dalla lipoil-lisina al CoA-SH, si forma l’Acetil-S-CoA, una forma attivata del gruppo acilico (reaz. 3).

3. E₃ Diidrolipoildeidrogenasi – FAD e NAD+ solubile

Catalizza la rigenerazione della forma ossidata della lipoil-lisina a spese del FAD ridotto FADH₂ quindi NAD⁺ riossida il FADH₂ a FAD (reaz. 4) trasformandosi in NADH⁺ H⁺ (reaz. 5).

Condizoni aerobiche: Respirazione cellulare

Fase I: Produzione di AcetilCoA

Acetil-CoA è un intermedio chiave di altri processi catabolici, deriva da glicolisi, ma anche da degradazione degli acidi grassi e degli amminoacidi.

Fase II: Ossidazione di AcetilCoA

Acetil-CoA entra nel ciclo di Krebs dove è ossidato a CO₂, l’energia liberata è conservata come NADH+ H⁺ e FADH₂.

Fase III: Trasferimento e- fosforilazione ossidativa

I coenzimi ridotti vengono riossidati e liberano e – che vengono trasportati attraverso la catena respiratoria all’O₂, ciò comporta liberazione d’energia che viene conservata come ATP tramite la fosforilazione ossidativa

Tratto da: DL Nelson e MM Cox “I Principi di biochimica di Lehninger” ed. Zanichelli.

Ciclo Acido Citrico /Krebs

Nel mitocondrio il piruvato dopo la trasformazione in AcetilCoA entra nel ciclo dell’acido citrico (Krebs) dove viene ulteriormente ossidato.

1AcetilCoA +3NAD⁺ + FAD + GDP + Pi + 2H₂O → 2CO₂ + 3NADH + H⁺ + FADH₂ + GTP+ CoA

Immagine autoprodotta.

Ciclo Acido Citrico /Krebs (segue)

E’ un ciclo perché l’ossalacetato, condensato con l’acetil-CoA nella prima reazione, viene rigenerato alla fine del ciclo.

Avviene nella matrice mitocondriale.

Viene definito ciclo anfibolico, perché alcuni suoi intermedi partecipano ad altre vie sia cataboliche che anaboliche.

Tratto da: DL Nelson e MM Cox “I Principi di biochimica di Lehninger” ed. Zanichelli.

Ciclo Acido Citrico /Krebs (segue)

Tratto da: DL Nelson e MM Cox “I Principi di biochimica di Lehninger” ed. Zanichelli.

Ciclo Acido Citrico /Krebs (segue)

Tratto da: DL Nelson e MM Cox “I Principi di biochimica di Lehninger” ed. Zanichelli.

Ciclo Acido Citrico /Krebs (segue)

Il complesso non è regolato mediante meccanismo di fosforilazione/defosforilazione.

Tratto da: DL Nelson e MM Cox “I Principi di biochimica di Lehninger” ed. Zanichelli.

Ciclo Acido Citrico /Krebs (segue)

Tratto da: DL Nelson e MM Cox “I Principi di biochimica di Lehninger” ed. Zanichelli.

Ciclo Acido Citrico /Krebs (segue)

Tratto da: DL Nelson e MM Cox “I Principi di biochimica di Lehninger” ed. Zanichelli.

Ciclo Acido Citrico /Krebs (segue)

Ciclo di Krebs

In evidenza le reazioni in cui si ha formazione coenzimi ridotti.

Essi sono riossidati nella catena respiratoria, producendo ATP tramite fosforilazione ossidativa.

Tratto da: DL Nelson e MM Cox “I Principi di biochimica di Lehninger” ed. Zanichelli.

Bilancio energetico

Tratto da: DL Nelson e MM Cox “I Principi di biochimica di Lehninger” ed. Zanichelli.

Ciclo Acido Citrico /Krebs (segue)

Via anfibolica

Coinvolgimento sia in processi catabolici che in processi anabolici:

da una parte, nel ciclo si ha ossidazione di acetilCoA proveniente da carboidrati, ac. grassi ed aa (catabolismo)
dall’altra, gli intermedi del ciclo costituiscono i precursori per molte vie biosintetiche (anabolismo)

In rosso sono indicate le reazioni anaplerotiche. Tratto da: DL Nelson e MM Cox “I Principi di biochimica di Lehninger” ed. Zanichelli.

Reazioni anaplerotiche

Ciclo Acido Citrico /Krebs (segue)

Regolazione

Nello schema sono raffigurati:

Inibitori (ATP e altri metaboliti che incrementano i suoi livelli)
Attivatori (metaboliti che indicano bassi livelli di ATP)
Piruvato deidrogenasi è regolata anche da fosforilazione (disattivazione) e defosforilazione (attivazione)