Descarboxilación do piruvato

A descarboxilación do piruvato ou descarboxilación oxidativa do piruvato é a reacción encimática na que o piruvato perde o seu grupo carboxilo en forma de CO2, quedando reducido a un grupo de dous carbonos (acetilo), que se une ao coencima A, formando acetil-CoA. Esta reacción é esencial para facer que o esqueleto carbonado do piruvato citosólico entre nas reaccións do ciclo de Krebs e prosiga a vía da respiración celular aerobia, conectando deste modo a glicólise co ciclo de Krebs Alberts et al. Molecular Biology of the Cell. Garland Science, 2001. ISBN 0-8153-4072-9 
centro|700 px

A reacción é unha descarboxilación oxidativa, que está lonxe do equilibrio (ΔGº'= -8,0 kcal/mol), catalizada polo complexo encimático da piruvato deshidroxenase, que ten lugar nas mitocondrias dos eucariotas e no citoplasma bacteriano Raven et al. Biology, 8th edition. McGraw Hill, 2008. ISBN 978-0-07-110202-5. Na reacción fórmase NADH unha molécula con gran capacidade redutora (poder redutor). Por cada glicosa (molécula de 6 carbonos) que entra na glicólise fórmanse dúas de piruvato (de 3 carbonos), pero durante a reacción de descarboxilación do piruvato vaise perder un dos carbonos do piruvato (o do grupo carboxilo) en forma de CO2, e o resto de dous carbonos que queda cédese ao coencima A (CoA), formando acetil-CoA. O CoA ten un grupo reactivo -SH por onde se enlaza ao acetilo, que moitas veces se representa nas reaccións (CoA-SH).

O destino do NADH formado é ceder os seus electróns á cadea de transporte electrónico, para que se produza ATP na fosforilación oxidativa subseguinte. O destino do acetil-CoA é ceder o acetilo ao ciclo de Krebs, o que tamén producirá enerxía. No fígado é especialmente importante esta reacción, xa que impide que o piruvato citosólico sexa utilizado na gliconeoxénese ou en transaminacións e obrígao a entrar nas mitocondrias e incorporarse ao ciclo de Krebs para producir ATP ou formar citrato, que poderá ser exportado ao citosol para a síntese de lípidos.
centro|400 px

Nos humanos en condicións anaerobias o piruvato pode ser fermentado a lactato no citosol, pero en condicións aerobias entra nas mitocondrias para ser descarboxilado. Para facilitar que o piruvato entre nas mitocondrias hai unha serie de transportadores específicos na membrana mitocondrial. Na membrana mitocondrial externa hai unhas porinas polas que pasa o piruvato ao espazo intermembranas e despois o transportador piruvato translocase da membrana mitocondrial interna pasa o piruvato do espazo intermembranas á matriz mitocondrial.

Nos organismos anaerobios a descarboxilación do piruvato difire do proceso aerobio en que o aceptor de electróns é unha proteína ferro-sulfurada e non o NAD+. A conversión está catalizada por un encima dependente da tiamina, que tamén acila o coencima A.Eric Chabrière, Xavier Vernède, Bruno Guigliarelli, Marie-Hélène Charon, E. Claude Hatchikian, Juan C. Fontecilla-Camps “Crystal Structure of the Free Radical Intermediate of Pyruvate:Ferredoxin Oxidoreductase” Science  2001, Volume 294, page 2559.  Os equivalentes de redución son eliminados pola produción de H2 polo encima hidroxenase.

Fases da reacción encimática
O complexo da piruvato deshidroxenase é un complexo multiencimático de 96 subunidades en eucariotas, que forman tres encimas, e no que interveñen cinco coencimas ou grupos prostéticos. Os encimas son: piruvato deshidroxenase (E1), dihidrolipoíl transacetilase (E2) e dihidrolipoíl deshidroxenase (E3). Os coencimas son: pirofosfato de tiamina (TPP), FAD, CoA, NAD+ e ácido lipoico. Todos estes encimas e coencimas están moi xuntos no complexo, o que facilita a reacción.

(Aínda que o piruvato sofre aquí unha descarboxilación, téñase en conta que o encima se chama piruvato deshidroxenase, que non se debe confundir coa piruvato descarboxilase que intervén na fermentación alcohólica formando acetaldehido.)

A reacción da descarboxilación do piruvato pode dividirse en cinco fasesLehninger. Principios de Bioquímica. Omega. 1988. páxinas 437-441. ISBN 84-282-0738-0:

Fase 1
O piruvato perde o seu grupo carboxilo ao reaccionar co TPP unido á piruvato deshidroxenase (E1) do complexo. O resultado é que o grupo de dous carbonos que quedou do piruvato se une ao anel tiazol da TPP, formando un grupo hidroxietilo unido ao TPP. Os átomos do grupo carboxilo do piruvato perdéronse como CO2, que é o primeiro produto final desprendido da reacción.

piruvato + H+ + E1-TPP  →  E1-TPP-hidroxietilo + CO2

Fase 2
A piruvato deshidroxenase do complexo efectúa tamén a fase 2, catalizando o paso do grupo hidroxietilo desde o TPP ao grupo prostético lipoílo do encima dihidrolipoíl transcetilase (E2), formando un grupo acetilo unido por enlace tioéster aos grupos lipoílo reducidos.

E1-TPP-hidroxietilo + E2-lipoílo  →  E1-TPP + E2-lipoílo-S-acetilo

Fase 3
Agora intervén o coencima A (CoA-SH), que reacciona co acetilo unido á dihidrolipoíl transcetilase, que perde o seu acetilo, que pasa ao coencima A, formándose acetil-CoA, e os grupos lipoílo quedan reducidos. Formouse, pois, o segundo produto final da reacción, o acetil-CoA.

E2-lipoílo-S-acetilo + CoA-SH  →  E2-lipoílo-SH (reducidos) + acetil-S-CoA

Fase 4
Agora os grupos lipoílo reducidos de E2 débense oxidar. Para iso intervén o terceiro encima do complexo, a dihidrolipoíl deshidroxenase, que ten o grupo prostético FAD, que recolle dous H dos grupos lipoílo de E2, volvéndoos a oxidar, e formando FADH2.

E2-lipoílo-SH (reducidos) + E3-FAD  →  E2-lipoílo (oxidados) + E3-FADH2

Fase 5
Agora o grupo prostético FADH2 vai reducir o coencima NAD+. A dihidrolipoíl deshidroxenase (E3) transfire os dous H do FADH2 ao NAD+, formando NADH + H+. Prodúcese así o último produto final da reacción, o NADH (poder redutor).

E3-FADH2 + NAD+  →  E3-FAD + NADH + H+

miniatura|500px|Fases da descarboxilación do piruvato (no piruvato R=H). As fases 1, 2, 3, 4 e 5 están indicadas como A, B, C, D e E.

Saúde
Como na reacción da descarboxilación do piruvato interveñen coencimas que teñen en parte da súa estrutura grupos derivados de vitaminas, o déficit destas vitaminas pode afectar á reacción e causar diversos trastornos . A tiamina ou vitamina B1 forma parte do TPP, a riboflavina ou vitamina B2 do FAD, o ácido pantoténico ou vitamina B5 do coencima A e a nicotinamida ou vitamina B3 do NAD. Ademais o ácido lipoico, que orixina os grupos dihidrolipoíl, é un factor de crecemento para moitos microorganismos, aínda que pode ser sintetizado polos animais superiores.

Un exemplo de trastornos por deficiencia vitamínica é o beriberi, doenza causada pola deficiencia en tiamina ou vitamina B1. Os animais con esta deficiencia nutritiva non poden descarboxilar o piruvato normalmente, o que afecta especialmente ao cerebro, que só pode obter enerxía da glicosa vía piruvato, polo que desenvolven unha polineurite.

Notas

 Véxase tamén 
 Outros artigos 
 Piruvato deshidroxenase (encima que realiza a descarboxilación oxidativa do piruvato)
 Piruvato descarboxilase (encima que realiza a descarboxilación do piruvato na fermentación alcohólica)

 Ligazóns externas 
Notes on Pyruvate decarboxylation
KEGG Pathway Database

Categoría:Metabolismo