Destino del piruvato

Ciclo dell'acido citrico

Il ciclo dell'acido citrico rappresenta la via centrale comune e permette di ossidare l’acetile in CO₂. È centrale perché l’acetile deriva a partire dal piruvato prodotto dalla glicolisi. L’acetil-CoA deriva anche dalla combustione degli altri nutrienti, in particolare i lipidi e gli amminoacidi.

Degradazione ossidativa dei nutrienti

Il ciclo dell'acido citrico rappresenta la via centrale comune per la degradazione ossidativa di tutti i nutrienti energetici (carboidrati, lipidi e anche proteine) nelle cellule aerobiche. Dal punto di vista biochimico, la respirazione è, per gli organismi organotrofi, l’ossidazione da parte dell’O₂ dei nutrienti organici (i combustibili metabolici). Negli eucarioti, la respirazione cellulare ha sede nel mitocondrio.

Processo di respirazione cellulare

Il processo di respirazione cellulare può essere diviso in tre stadi:

• Generazione di acetil-CoA (forma attivata di gruppo acetile, composto a due atomi di carbonio).
• Ossidazione del gruppo acetile nel ciclo dell’acido citrico. In questa fase si ha produzione di CO₂ e di trasportatori ridotti di elettroni (NADH, FADH₂).
• Ossidazione dei trasportatori ridotti di elettroni nel processo di trasporto elettronico accoppiato alla sintesi di ATP (fosforilazione ossidativa).

Tutte e tre le fasi negli eucarioti avvengono nei mitocondri, la sede della maggior parte del metabolismo aerobico. Nei procarioti, invece, anche esse possono compiere catabolismo, ma non è confinato all’interno di mitocondri.

Conversione del piruvato e acetil-CoA

Il piruvato prodotto dalla glicolisi viene convertito in CO₂ attraverso tre decarbossilazioni ossidative. Il CoA è un trasportatore di gruppi acile "attivati".

• I primi due stadi, produzione di acetil-CoA e ciclo del citrato, avvengono nella matrice mitocondriale.
• Il terzo stadio, la fosforilazione ossidativa, ovvero trasporto elettronico e fosforilazione dell’ADP, avvengono nella membrana mitocondriale interna a livello delle creste mitocondriali.

I mitocondri sono organuli circondati da due membrane: una esterna e una interna. Quella interna è molto più estesa grazie ai ripiegamenti presenti all’interno. È piena degli enzimi che catalizzano le reazioni del terzo stadio. Il piruvato è una delle principali fonti, ma può essere prodotto anche da altri combustibili metabolici e dal catabolismo degli amminoacidi.

Ossidazione del piruvato

OSSIDAZIONE DEL PIRUVATO: PRIMA TAPPA DELLA FASE AEROBICA

Il piruvato è una delle principali fonti di acetil-CoA. L’acetil-CoA deriva anche dal catabolismo degli acidi grassi e dal catabolismo degli amminoacidi. La conversione di piruvato in acetil-CoA è una decarbossilazione ossidativa catalizzata dal complesso della piruvato deidrogenasi. La reazione è un processo irreversibile, la reazione è molto complessa. È catalizzata da un complesso di enzimi chiamato complesso della piruvato deidrogenasi. È anche una ossidoriduzione, sottolineato dal nome dell’enzima. Il complesso enzimatico comprende tre enzimi che usano cinque diversi coenzimi.

Complesso della piruvato deidrogenasi

Il complesso della piruvato deidrogenasi comprende tre enzimi e utilizza cinque coenzimi (due cosubstrati e tre gruppi prostetici):

• Piruvato decarbossilasi (E₁)
• Diidrolipoammide transacetilasi (E₂)
• Diidrolipoammide deidrogenasi (E₃)

I coenzimi sono:

• NAD, coenzima A (CoA), (cosubstrati)
• Tiamina pirofosfato (TPP) (gruppo prostetico, legata a E₁)
• Lipoamide (gruppo prostetico, legato a E₂)
• FAD (gruppo prostetico, legato a E₃)

Il complesso di mitocondrio di mammifero ha dimensioni doppie di quelle del complesso di E. coli e contiene anche altri componenti.