9 decarboxilarea oxidativ-é a piruvatului.pptx

Decarboxilarea oxidativă a piruvatului

Cursul 9

Decarboxilarea oxidativă a piruvatului definiție: este etapa premergătoare ciclului citratului, care permite

metabolizarea glucidelor și a unor aminoacizi (Ala, Ser, Cys, Gly, Thr) prin ciclul citratului

localizare: mitocondrie

procesul metabolic este catalizat de un complex multienzimatic, având un aranjament spațial rigid, denumit complexul piruvat dehidrogenaza

Decarboxilarea oxidativă a piruvatului structura complexului piruvat dehidrogenaza: E1 - piruvat dehidrogenaza (decarboxilantă)

are ca grupare prostetică tiamin pirofosfat (TPP) E2 – dihidrolipoil transacetilaza

are ca grupare prostetică acidul lipoic și coenzima A E3 – dihidrolipoil dehidrogenaza are ca grupare prostetică FAD, NAD+

de remarcat este faptul că structura complexelor decarboxilării oxidative a altor a-cetoacizi este identică, având 3 enzime, aceleaşi coenzime, și catalizând aceleași tipuri de reacţii biochimice

Decarboxilarea oxidativă a piruvatuluiMecanismul chimic – prezentare globală

Decarboxilarea oxidativă a piruvatuluiSurse de piruvat

degradarea pe cale glicolitică a monozaharidelor: glucoza, fructoza, manoza, galactoza

catabolismul unor aminoacizi: glicina, alanina, cisteina, treonina, serina

H2N

H3C

CH2

N

N

H+

C C

SC

+N

H3C CH2

CH2

OO-P

O-O

OP

OH

O

-

Decarboxilarea oxidativă a piruvatuluiMecanismul chimic

Etapa 1

în prima subetapă, piruvatul este atașat la coenzima enzimei 1 – E1, tiamin pirofosfat – TPP, prin atacul nucleofil al carboanionului tiazolic

în subetapa a 2-a, piruvatul aparținând complexului format inițial pyr-TPP-E1, este decarboxilat, rezultând hidroxietil-TPP-E1


Etapa 2

hidroxietilul intermediar este oxidat până la acetat sub acțiunea E1, prin transferul acestuia la forma oxidată a acidului lipoic

se reface TPP-E1, care poate relua reacţia 1


Etapa 3 acetatul legat sub formă

tioesterică la catena acidului lipoic, se transferă la CoA-SH sub acțiunea E2

acetil-CoA este produsul principal al procesului chimic, substrat pentru ciclul Krebs

energia necesară formarea tioesterului, compus macroergic, este furnizată de oxidarea hidroxietilului


Etapa 4

forma sulfhidril a acidului lipoic este oxidată de dihidrolipoil-dehidrogenaza FAD-dependentă – E3, astfel se reface forma oxidată a acidului lipoic

FAD FADH2


Etapa 5 flavoproteina redusă este

oxidată sub acțiunea E3, proces chimic desfășurat în paralel cu reducerea NAD+

astfel, FAD-E3 se reface

FADH2 FAD

E3

FADH2

E3

FAD

SH

SH

NAD+

NADH+H+

E3

S

S

FAD

S

S

E3

E3 redusă E3 oxidată

NAD+ NADH H+

Decarboxilarea oxidativă a piruvatuluiOtrăvirea complexului a-cetoacid-dehidrogenaza

intoxicația cu arsenic determină inhibiția ireversibilă (otrăvire) a enzimelor care au ca coenzimă acidul lipoic, astfel acesta nu își poate realizează funcția coenzimatică

complexul multienzimatic piruvat dehidrogenaza complexul multienzimatic α-cetoacid-dehidrogenaza

reacția chimică:


Otrăvirea complexului α-cetoacid-dehidrogenază

Deficitul de

piruvat-dehidrogenază

legarea covalentă a arseniului la nivelul acidului lipoic, coenzima E2 din

complexul multienzimatic pyr-DH , este urmată de acumularea de acid piruvic

piruvatul acumulat, sub acțiunea piruvat dehidrogenazei, este transformat în lactat

deficitul E1 din complexul pyr-DH este cea mai frecventă cauză a acidozei lactice cu determinism genetic

efectul metabolic al acestei deficiențe este transformarea piruvatului în lactat, compus cu efecte ”toxice”

Decarboxilarea oxidativă a piruvatuluiDeficitul de


Deficitul de


tulburările interesează în special țesutul nervos, care are ca principală sursă energetică ciclul Krebs

simptomele sunt variate: deficiența de dezvoltare a SNC, spasticitate musculară, moarte prematură

deficitul enzimei E2 se transmite dominant X-linkat, afectând în egală măsură femeile și bărbații

nu există tratament specific pentru deficitul de pyr-DH

Decarboxilarea oxidativă a piruvatuluiOtrăvirea complexului a-cetoacid-dehidrogenaza compuşii conținând arseniu au toxicitate mai mare faţă de

microorganisme decât faţă de oameni

această toxicitate a fost folosită în terapia unor boli cum ar fi sifilisul ( actualmente acestea se tratează cu antibiotice), tripanozomiazele (tripanozomii sunt o familie de protozoare parazite – exemplu: musca țețe poate fi vector al acestor protozoare)

compuşi arseno-organici au fost printre primele antibiotice folosite în terapie, dar au prezentat însă efecte secundare severe (apariția diferitelor tipuri de cancer cutanat)


REGLAREA ALOSTERICĂ

prin produșii de reacție: acetil CoA, NADH H+

excesul de acetil-CoA blochează enzima E2 prin menţinerea ei în formă acetilată (acetil-dihidrolipoamidă-E2)

E2 devine incapabilă să accepte gruparea hidroxietil de la hidroxietil-TPP·E1 care rămâne blocată în această formă

rezultatul metabolic este blocatea etapelor ulterioare


REGLAREA ALOSTERICĂ

excesul de NADH H+ blochează enzima E3 prin menţinerea ei în formă redusă, incapabilă să accepte cei doi electroni și doi protoni de la coenzima enzimei E2 care rămâne blocată sub formă acetilată

întrucât cantitatea de E1 este mică se va acumula piruvatul

FADH2

E3

FAD

SH

SH

NAD+

NADH+H+

E3

S

S

FAD

S

S

E3

E3 redusă E3 oxidată

Decarboxilarea oxidativă a piruvatului piruvatul este substrat atât pentru procesul de

decarboxilare oxidativă a α-cetoacizilor, dar și pentru gluconeogeneză

participarea la una dintre aceste căi metabolice este condiționată de starea energetică a organismului, în special a sistemul nervos central, care nu poate folosi decât glucoză în scop energetic

în situația deficitului energetic pentru SNC, piruvatul parcurge reacțiile gluconeogenezei, iar necesarul energetic al țesuturilor gluco-independente va fi satisfăcut prin degradarea altor compuși (aminoacizi, acizi grași)


REGLAREA COVALENTĂ

prin trecerea reversibilă a enzimei de la forma fosforilată la cea defosforilată

pyr-DH kinazaAMPc independentă

ACTIVATORI

NADH H+

acetil CoA

INHIBITORI

Pyr, ADP, NAD+

Ca2+, Mg2+, CoASH

Ciclul acizilor tricarboxilici(Ciclul Krebs)

Ciclul Krebs definiție: reprezintă o succesiune de 8 reacții chimice prin

parcurgerea cărora fragmentul acetil CoA este oxidat până la CO2

localizare: mitocondrie

întregul echipament enzimatic al ciclului Krebs se găsește în matricea mitocondrială cu excepția succinat dehidrogenazei, care este „îngropată" în membrana internă mitocondrială

Ciclul KrebsMecanismul chimic – prezentare globală

COO-

O

CCH3

CH3

O

C S CoA

piruvat dehidrogenaza

CoASH+NAD+

CO2 NADH+H++

COO-

C O

CH2

*COO-

*COO-

CH2

OC

COO-

CH2

CH2

COO-

C

CH2

*COO-

COO-HO

HO

CH2

C

COO-

H

COO-

CH

HCCOO-

*COO-

C

COO-

CH2

CH

CH2

COO-

C

*COO-

COO-H

HO C H

C

H COO-

*COO-

C

COO-

CH2

O

COO-

CH2

CH2

CH2

CH2

COO-

COO-

C O

S CoA

COO-

COO-

H2O CoASH

NAD+

NADH+H+CO2

CoASH

NAD+NADH+H+

CoASH

GTP

GDP+Pi

ADP+Pi

ATP

FADH2

FAD

NAD+

NDAH+H+

piruvat

acetil-CoA

oxaloacetat

citrat

cis-aconitat

isocitrat

oxalsuccinat

-cetoglutarat

succinil-CoA

succinat

fumarat

L-malat

1.Citrat sintaza

H2O

H2O

2.Aconitaza

2.Aconitaza

3.Isocitrat dehidrogenaza

3.Isocitrat dehidrogenaza

4.Cetoglutarat dehidrogenaza

5.Succinil-CoA sintetaza

6.Succinat dehidrogenaza

H2O

7.Fumaraza

8.Malat dehidrogenaza

CO2

CICLUL

ACIDULUI CITRIC

*

Ciclul KrebsMecanismul chimic reacția 1 – condensarea

acetil-CoA cu oxalacetatul, intermediar al ciclului Krebs

reacția este ireversibilă

produsul de condensare este citratul, un acid tricarboxilic

enzima care catalizează reacția este citrat sintaza

Ciclul KrebsMecanismul chimic reacția 2 – conversia

citratului în izocitrat

reacția este reversibilă

enzima care catalizează reacția este aconitaza

Ciclul KrebsMecanismul chimic reacția 2 – conversia citratului în izocitrat

aconitaza conține un complex (4Fe-4S) ionul de Fe2+ joacă un rol deosebit în această reacţie, el

formează cu citratul un chelat (complex intern) stabilacest chelat este necesar pentru activitatea enzimei

doze mari de fluoruri, fac ca acesta să reacţioneze cu acidul citric formându-se acidului monofluorocitric, care nu mai participă la reacţiile ciclului citric întrerupând desfășurarea ciclul Krebs

lipsa producerii de energie are drept consecinţă moartea celulei

acidul monofluorocitric este un inhibitor puternic al aconitazei

Ciclul KrebsMecanismul chimic reacția 3 – oxidarea și

decarboxilarea izocitratului


reacția este catalizată de izocitrat-dehidrogenaza

Ciclul KrebsMecanismul chimic reacția 3 – oxidarea și

decarboxilarea izocitratului

există două izoenzime ale izocitrat dehidrogenazei

izoenzima implicată în ciclul citric este NAD+ dependentă găsindu-se numai în matricea mitocondrială

cea de a 2 izoenzimă este NADP+ dependentă și se găseşte atât în matricea mitocondrială cât şi în citosol, sursă de NADPH H+ necesar proceselor anabolice

Ciclul KrebsMecanismul chimic reacția 4 – decarboxilarea

oxidativă a α-cetoglutaratului


reacția este catalizată de complexul multienzimatic αCG-DH format din:

α-cetoglutarat dehidrogenază (E1)

dihidrolipoil transsuccinază (E2)

dihidrolipoil dehidrogenază (E3)

Ciclul KrebsMecanismul chimic reacția 5 – transformarea

succinil-CoA în succinat

reacția este reversibilă reacția este catalizată de

succinil-CoA sintetaza, numită și succinat tiokinaza, în funcție de sensul de citire al reacțiilor

FOSFORILARE LA NIVEL DE SUBSTRAT

Ciclul KrebsMecanismul chimic reacția 6 –

dehidrogenarea succinatului


reacția este catalizată de succinat dehidrogenaza,

singura enzimă a ciclului citric care este asociată membranei interne mitocondriale

enzima conţine câteva complexe [Fe-S] care intermediază trecerea electronilor de la FADH2 la transportorii de electroni ai lanţului respirator

Ciclul KrebsMecanismul chimic reacția 7 – hidratarea

fumaratului


reacția este catalizată de fumarază

fumaraza are specificitate absolută, adică ea catalizează hidratarea fumaratului, dar nu şi a maleatului, izomerul cis al fumaratului

în sens invers, fumaraza catalizează numai deshidratarea L-malatului nu şi a D-malatului.

Ciclul KrebsMecanismul chimic reacția 8 –

dehidrogenarea malatului reacția este reversibilă

reacția este catalizată de malat dehidrogenaza

deşi această reacţie este endergonică, ea este deplasată in vivo spre dreapta datorită îndepărtării rapide a produşilor de reacţie, oxalacetatul în reacţia 1 şi NADH H+ în lanțul respirator

Ciclul KrebsReglare

reglarea ciclului citric asigură producerea de intermediari, dar şi de produşi finali, astfel încât să se menţină starea de echilibru a celulelor şi a evita supraproducţia neeconomică de metaboliţi

enzimele cheie ale ciclului citric sunt controlate aproape exclusiv pe 3 căi simple:

A. disponibilitatea substratului B. inhibiţia prin acumulare de produşi, C. feed back negativ competitiv

Ciclul KrebsReglare

Ciclul KrebsCaracterul amfibolic al ciclului citric este conferit de faptul că este o CALE DE DEGRADARE a

glucidelor, lipidelor și proteinelor, dar și una ANABOLICĂ furnizând precursori necesari unor procese de biosinteză

PRINCIPALELE REACȚII ANABOLICE:sinteza glucozei pornind de la malat, etapă desfășurată în

citosolbiosinteza acizilor grași și colesterolului pornind de la acetil

CoA, proces citosolarbiosinteza aminoacizilor utilizând intermediarii ciclului Krebs: aminare reductivă a αCG transaminarea αCG și OA, intermediari ai CK biosinteza hemului pornind de la succinil CoA

Ciclul KrebsCaracterul amfibolic al ciclului citric

Ciclul KrebsReacțiile anaplerotice reacțiile anaplerotice reîncarcă CK pornind de la precursori

necitrici principala reacție anaplerotică este carboxilarea piruvatului,

catalizată de piruvat carboxiligaza, biotin dependentă:Pyr + CO2 + ATP + H2O → OA + ADP +Pi

carboxilarea PEP în mușchii scheletici și miocard este catalizată de PEP carboxikinaza, biotin dependentă:

PEP + CO2+ GDP ↔OA + GTP diferite căi metabolice produc intermediari ai CK:β oxidarea acizilor grași cu număr impar de atomi de Cdegradarea Val, Ile, Met

propionil-CoA+ CO2 + ATP → succinil-CoA + ADP +Pi propionil-CoA carboxilaza

degradarea Phe, Tyr și respectiv Asp conduce la formarea de fumarat și acetoacetat, respectiv OA

9 decarboxilarea oxidativ-é a piruvatului.pptx

Documents