ROLUL METABOLIC AL PIRUVATULUI

ROLUL METABOLIC AL PIRUVATULUI

Acidul piruvic format n urma glicolizei este dirijat spre ciclul Krebs prin intermediul a dou enzime:

piruvat-carboxilaza care catalizraz reacia de formare a oxalacetatului

piruvat-dehidrogenaza care catalizeaz sinteza acetil-CoA

Piruvatul este un nod metabolic pentru c poate urma ci de transformare diferite. Se pot obine intermediari principali ai unor ci metabolice majore. Conversia n acetil-CoA sub aciunea piruvat-dehidrogenazei

Conversia n oxalacetat sub aciunea piruvat-carboxilazei

Conversia n lactat sub aciunea lactat-dehidrogezazei

Transformarea n alanin sub aciunea alanin-aminotransferaza

Modul de utilizare a piruvatului citoplasmatic depinde de necesitile organismului i de particularitile metabolice tisulare:

n perioadele interalimentare, piruvatul este dirijat spre gluconeogenez;

n perioadele post-prandiale, piruvatul este dirijat spre biosinteza acizilor grai

n celulele aerobe piruvatul este convertit n acetil-CoA n vederea producerii de energie;

n celulele anaerobe, piruvatul este transformat n lactat care este exportat n circulaie i este captata n special de ficat.

Reacia de decarboxilare oxidativ a piruvatului n acetil-CoA este un proces foarte complex catalizat de un ansamblu de 3 enzime i 5 co-enzime diferite (complex multienzimatic).

Reaciile care au loc sunt: piruvat-dehidrogenaza (E1) catalizeaz decarboxilarea acidului piruvic alturi de coenzima TPP. Se formeaz CO2 i dihidroxietil-tiamin pirofosfat (HE-TPP) care reacioneaz direct cu gruparea prostetic lipoamid a dihidro-lipoil-transacetilaza (E2). E2 este format din acid lipoic i un rest de lizin (legate printr-o legtur amidic). Se prezint sub forma disulfuric capabil s oxideze i s fixeze fragmentul care conine cei 2 atomi de carbon de HE-TPP sub form de acetil-lipoamid. Apoi este transferat gruparea acetil pe CoA. Se formeaz acetil-CoA i o lipoamid dehidrogenat. Aceasta interacioneaz cu coenzima FAD a enzimei dihidrolipoil-dehidrogenaza (E3) i se formeaz FADH2 i lipoamida n form disulfurat. n final E3-FADH2 reduce NAD+ la NADH.

Produii de reacie nu difuzeaz, ei sunt preluai de enzima urmtoare din cadrul complexului multienzimatic.

Decarboxilarea piruvatului n acetil-CoA este o reacie ireversibil. Ea este strict controlat de produii de reacie: E2 este inhibat de aceti-CoA iar E3 este inhibat de NADH.

LANUL RESPIRATOR MITOCONDRIAL

Reprezint un ansamblu de reacii localizate n membrana intern mitocondrial unde se gsesc transportorii de electroni. Produii finali sunt ATP i ap.

Lanul respirator mitocondrial este format din 2 etape distincte:

- lanul transportor de electroni un lan de reacii de oxido-reducere = respiraia celular

- fosforilarea ADP la ATP

Cele dou ansambluri de reacii formeaz fosforilarea oxidativ.

Din punct de vedere funcional, lanul transportor de electroni este format dintr-o succesiune de sisteme (reacii) de oxidoreducere. Fiecare sistem poate exista ntr-o form redus i ntr-o form oxidat, trecerea de la o form la alta corespunde fluxului de electroni i/sau protoni. Fiecare element aflat n form oxidat preia echivalenii reductori de la vecinul su anterior, este transformat n forma redus i cedeaz echivalenii reductori vecinului urmtor, aflat n form oxidat.

Substraturile principale ale LRM (lan respirator mitocondrial) sunt NADH + H+ i FADH2. Oxigenul molecular provine din aerul inspirat (respiraie circulaie sanguin difuziune n esuturile periferice).

Moleculele de FADH2 sunt localizate intramitocondrial. Sursele de FADH2 sunt:

oxidarea glicerol-3-fosfat la dihidroxi-aceton-fosfat din cadrul navetei glicerol-3-fosfat

oxidarea succinatului n fumarat catalizat de succinat-dehidrogenaza, enzim care aparine ciclului Krebs dar i complexului II al LMR.

Oxidarea acil-CoA din cadrul -oxidrii acizilor grai

Moleculele de NADH + H+ sunt localizate intramitocondrial sau n citosol (transport intramitocondrial prin intermediul navetelor mitocondriale).

Surse mitocondriale de NADH + H+ :

Ciclul Krebs = cea mai important surs

Oxidarea piruvatului sub aciunea piruvat-dehidrogenazei

Catabolismul lipidelor

Catabolismul corpilor cetonici

Catabolismul proteinelor

Catabolismul alcoolului

Surse citoplasmatice de NADH + H+ oxidarea fosfo-gliceraldehidei n cursul glicolizei conversia lactatului n piruvat

oxidarea alcoolului

Lanul transportor de electroni este format din 4 complexe enzimatice fixe (complexele I, II, III, IV) i 2 transportori mobili (coenzima Q i citocromul c).

Complexul I este format din NADH-dehidrogenaza (coenzim FMN) i de multiple proteine cu fier i sulf, denumite centre Fe-S. Este format din 25 de subuniti.

Oxideaz NADH + H+ la NAD reducnd n acelai timp coenzima Q (ubichinona) la coenzima QH2. Protonii sunt pompai din matricea mitocondrial n spaiul intermembranar.

Complexul II este format din succinat-dehidrogenaza (coenzim FAD) i din proteine cu fier i sulf. Conine 4 subuniti.

Oxideaz succinatul la fumarat i reduce coenzima Q (ubichinona) la coenzima QH2. Complexul III este format din ubichinon-citocrom c reductaza citocrom b. Conine 9 10 subuniti.

Transfer 2 electroni de la coenzima QH2 la citocromii c antrennd reoxidarea coenzimei QH2 la Coenzima Q, care transfer 2 protoni prin membran.

Complexul IV (citocrom c oxidaza) este format din citocromii a i a3 precum i din ioni de Cu i Zn. Conine 13 subuniti.

Transfer electronii de la citocromul c la oxigenul molecular i rezult ap. Protonii traverseaz membrana mitocondrial.Coenzima Q este o molecul lipidic de dimensiuni mici, solubil n stratul fosfolipidic al membranei interne mitocondriale, unde se deplaseaz liber.

Citocromul c este o protein mobil dispus pe faa extern a membranei interne mitocondriale.

Aceste elemente au rolul de a separa i de a transporta electronii i protonii provenii de la cele dou substraturi formndu-se un gradient de protoni ntre matrice mitocondrial i spaiul intermembranar.

Deoarece membrana intern mitocondrial este impermeabil pentru protoni, disiparea gradientului format este posibil numai prin trecerea protonilor la nivelul unui por din structura membranei interne. Acesta constituie ATP-sintetaza mitocondrial (11 subuniti). ATP-sintetaza, numit i complexul V, utilizeaz gradientul electric pentru sinteza de ATP.

Reaciile pot fi sintetizate astfel:

Moleculele de ATP prsesc matricea mitocondrial prin intermediul transportorului ATP/ADP-translocaza care determin intrarea ADP n mitocondrie.Bilanul energetic

LRM nu este o cale metabolic izolat, ci funcioneaz ca etap final a principalelor ci de catabolism n vederea recuperrii energiei chimice a substraturilor oxidate i conversia acesteia ntr-o form uor disponibil, ATP.

- glicoliza ... fosforilarea oxidativ produce 36 38 moli de ATP

- betaoxidarea palmitatului ... fosforilarea oxidativ produce 129 moli de ATP

- oxidarea corpilor cetonici (acetoacetat, beta-hidroxi-butirat) ... fosforilarea oxidativ produce 23, respectiv 26 moli de ATP

- catabolismul glutaminei ... fosforilarea oxidativ produce 24 moli de ATP

Reglarea lanului respirator mitocondrial1. Ageni reglatori

Reglarea LRM depinde de:- necesitile energetice ale celulei

- de disponibilitatea substraturilor

- de concentraia de oxigen

- de necesitile termoenergetice ale organismului

Necesitile energetice celulare sunt semnalate de concentraia ADP care crete imediat dup utilizarea intens a ATP. Are loc activarea enzimelor din LRM. Acumularea de ATP ncetinete oxidrile celulare.

2. Inhibitori ai LRM

complexulInhibitori

Complexul IBarbiturice, rotenonei, deficit de B2, radicali liberi

Complexul IIMalonat, deficit de B2

Complexul IIIAntimicina A, myxothiazol, radicali liberi

Complexul IVCO, CN-

Complexul VOligomicina, compui cu As

Coenzima QDoxorubicina, radicalii liberi

Citocromul cDeficit de Fe i Cu, ischemie tisular, CN-, CO

3. Decuplani ai LRM

Moleculele care mpiedic formarea gradientului de protoni se numesc ageni decuplani. Acetia sunt transportori de protoni la nivelul membranei interne mitocondriale care mpiedic formarea gradientului electrochimic. Are loc decuplarea celor dou pari (lanul transportor de electroni i fosforilarea ADP la ATP). Deci agenii decuplani mpiedic recuperarea energiei i antreneaz o accelerare a lanului transportor de electroni.

Exemple de ageni decuplani:

- 2,4-dinitrofenolul

- fenil-hidrazonele

- arseniat

- hormonii tiroidieni

- anumite antibiotice

- dicumarolul (anticoagulant)

- termogenina.

Termogenina este o protein decuplant sintetizat sub aciunea noradrenalinei la nivelul terminaiilor nervoase n esutul adipos brun dezvoltat n special la nou-nscut sau la mamiferele care hiberneaz. Sub aciunea frigului eliberarea termogeninei duce la consumarea energiei LRM pentru producerea de cldur.

Efectul calorigen al hormonilor tiroidieni este datorat scurt-circuitrii ATP-sintetazei, ca urmare a modificrii permeabilitii membranare pentru protoni, ceea ce mpiedic formarea gradientului elecrochimic.PAGE 5