Appunti di biochimica estremamente completi e che entrano nel dettaglio

1.3 MECCANISMO D'AZIONE DEL COMPLESSO PIRUVATO DEIDROGENASI: PIRUVATO DECARBOSSILASI (E1)

1. Decarbossilazione del piruvato che resta sotto forma di idrossietile legato allatiamina pirofosfato: Questa prima tappa è la più lenta, ed è anche il punto in cui il complesso PDH esercita la specificità di substrato.

1) Il protone del C2 viene sottratto da un residuo basico dell'enzima E1; ciò è possibile perché la tiamina pirofosfato ha la porzione reattiva nell'anello tiazolico, che possiede un atomo di azoto carico positivamente che rende l'atomo di C2 dell'anello molto acido, perciò esso tende a perdere facilmente il protone convertendosi in una forma anionica, in grado di trasportare gruppi idrossietile.

2) La tiamina pirofosfato in forma anionica (carbanione) fa un attacco nucleofilo sul gruppo carbonilico del piruvato, formando un intermedio tetraedrico;

3) La carica positiva sull'anello tiazolico fa da

attrattore di elettroni, perciò c'è un spostamento di elettroni verso di essa che permette il rilascio di anidride carbonica (=decarbossilazione) e si forma idrossietil-tiamina-pirofosfato, una struttura stabilizzata per risonanza. Quindi l'atomo C1 del piruvato viene lasciato sotto forma di CO e l'atomo C2 del piruvato (dove lì ha lo stato di ossidazione di un'aldeide) rimane legato alla TPP come gruppo idrossietilico. (E1, reazione 1)

Trasferimento del gruppo idrossietile dalla tiamina pirofosfato alla lipoammide:

1. L'idrossietile legato alla tiamina attacca il ponte disulfuro del lipoammide (il coenzima di E2), riducendolo, e si ha la formazione di un intermedio;
2. Si ha sottrazione di un protone da parte di un residuo basico dell'enzima che comporta trasferimento di elettroni verso la tiamina pirofosfato, che viene quindi liberata, mentre l'unità bicarboniosa resta legata alla lipoammide sotto forma di acetile (il

gruppoidrossietile si è ossidato convertendosi in acetile). (E1, reazione 2)

DIIDROLIPOIL TRANSACETILASI (E2):

3. Trasferimento del gruppo acetile dalla diidrolipoammide al coenzima-A performare acetil-CoA:

Si ha un processo di transesterificazione, ovvero il gruppo acetile viene trasferito sul CoA, quindi il legame tioestere tra acetile e diidrolipoammide diventa legame tioestere tra acetile e CoA.

Si forma quindi acetil-CoA e l'acido lipoico resta in forma ridotta, come diidrolipoammide. (E2, reazione 3)

DIIDROLIPOIL DEIDROGENASI (E3):

4. Rigenerazione della forma ossidata del lipoammide ad opera del FAD:

Dalla tappa 3 si erano formati acetil-CoA e l'acido lipoico in forma ridotta, come diidrolipoammide, ma se questo restasse così, l'enzima non potrebbe più funzionare, quindi è necessario che la diidrolipoammide venga ossidata: la E3 catalizza il trasferimento di due atomi di H dal gruppo lipoilico ridotto al FAD che si riduce a FADH.

se tale rapporto è alto (alta carica energetica) si ha inibizione di E3, se è basso si ha attivazione.

Inibitore di E3: NADH• +

Attivatore di E3: NAD•

ATP/AMP: se tale rapporto è alto (alta carica energetica) si ha inibizione di E3, se è basso si ha attivazione.

Inibitore di E3: ATP•

Attivatore di E3: AMP;

una attivazione da parte di AMP trova la logica nel fatto che uno dei compiti del ciclo di Krebs è produrre NADH, che, trasferendo i suoi elettroni all'ossigeno, determina poi la formazione di un gradiente protonico attraverso la membrana mitocondriale interna che viene sfruttato per produrre ATP. Il ciclo porta quindi indirettamente alla formazione di ATP, perciò quando aumentano i livelli di AMP il ciclo di Krebs deve essere attivato.

Regolazione mediante modificazione covalente: che si realizza sulla componente E1 del complesso, a livello di un residuo di serina, ed è catalizzata da una chinasi specifica per la piruvato

ATP; il caso tipico è quello della contrazione muscolare: perché avvenga la contrazione, è necessario un aumento della concentrazione del Ca2+, che attiva la fosfatasi, che defosforila la piruvato deidrogenasi attivandola, quindi aumenta la produzione di acetilCoA che entra nel ciclo di Krebs, determinando un aumento nella produzione di ATP che serve al muscolo per potersi contrarre (l'ATP è necessario per l'attacco della testa della miosina sull'actina). Il Ca2+ va a legarsi alla tropina che determina un cambiamento conformazionale dellatropomiosina, che scopre i siti di legame della miosina (consuma ATP) sull'actina.

2. CICLO DI KREBS (o dell'acido citrico): Il ciclo di Krebs è una via metabolica ciclica composta da 8 reazioni (di cui tre irreversibili: 1, 3e 4) effettuata da organismi aerobici per generare energia attraverso l'ossidazione di acetil-CoA (proveniente dal catabolismo di carboidrati, grassi e proteine) a