Complexo da piruvato deshidroxenase

O complexo da piruvato deshidroxenase (PDC) é un complexo formado por tres encimas que transforma o piruvato en acetil-CoA por medio dun proceso chamado descarboxilación do piruvato, que implica a súa descarboxilación e oxidación. Fórmase tamén NADH ("poder redutor") e CO2. O acetil-CoA formado pode utilizarse despois no ciclo do ácido cítrico para levar a cabo a respiración celular, polo que este complexo liga a vía metabólica da glicólise co ciclo do ácido cítrico. Os tres encimas que forman parte do complexo son: a piruvato deshidroxenase (E1), a dihidrolipoíl transacetilase (E2) e a dihidrolipoíl deshidroxenase (E3). No complexo hai moitas copias de cada encima, polo que no complexo hai moitos sitios activos para a unión dos substratos.
Este complexo multiencimático está relacionado estrutural e funcionalmente coa oxoglutarato deshidroxenase e o complexo da alfa-cetoácido de cadea ramificada deshidroxenase. Reacción
A reacción catalizada polo complexo da piruvato deshidroxenase é: Estrutura e función en eucariotas
O complexo da piruvato deshidroxenase está organizado en simetría cúbica nos procariotas, e consta de 60 subunidades que forman tres proteínas funcionais. O complexo da piruvato deshidroxenase nos eucariotas está localizado na matriz mitocondrial dos eucariotas. Está organizado en simetría dodecaédrica, e consta de 96 subunidades, que no complexo encimático humano forman tres proteínas funcionais, que son as da táboa:
Piruvato deshidroxenase (E1)
A primeira que actúa é a E1 ou piruvato deshidroxenase. O proceso catalizado por E1 é o paso limitante de todo o complexo da piruvato deshidroxenase. Inicialmente, o piruvato e o pirofosfato de tiamina (coencima TPP derivado da vitamina B1) únense ás subunidades da piruvato deshidroxenase. O anel tiazolio da TPP está en forma zwitteriónica, e o carbono C2 aniónico realiza un ataque nucleofílico sobre o carbonilo C2 (grupo cetona) do piruvato. O hemitioacetal resultante sofre descarboxilación para producir un anión acilo equivalente. Este anión ataca ao S1 dun lipoato oxidado que está unido a un residuo de lisina. Por un mecanismo similar á abertura de anel SN2, o S2 é desprazado como un resto sulfuro ou sulfhidrilo. O subseguinte colapso do hemitioacetal tetraédrico expulsa o tiazol, liberando o cofactor TPP e xerando un tioacetato no S1 do lipoato.
Dihidrolipoíl transacetilase (E2)
Nese momento, o lipoato-tioéster é translocado ao sitio activo da dihidrolipoíl transacetilase (E2), onde, por medio dunha reacción de transacilación, se transfire o acetil desde o "brazo móbil" do lipoíl ao tiol do coencima A. Isto produce acetil-CoA, o cal se libera do encima e despois pode entrar no ciclo do ácido cítrico. E2 pode chamarse tamén lipoamida redutase-transacetilase.
Dihidrolipoíl deshidroxenase (E3)
O dihidrolipoato, aínda unido a un residuo lisina do complexo, migra despois ao sitio activo da dihidrolipoíl deshidroxenase (E3), onde sofre unha oxidación mediada pola flavina, idéntica quimicamente á que ten lugar na disulfuro isomerase. Primeiro, o FAD oxida de novo o dihidrolipoato ao seu estado de repouso lipoato, producindo FADH2. Despois, unha molécula do cofactor NAD+ oxida o FADH2 de novo a FAD, producindo NADH (produción de "poder redutor"). Regulación
A piruvato deshidroxenase é inhibida cando se incrementa unha ou máis das seguintes proporcións: ATP/ADP, NADH/NAD+ e acetil-CoA/CoA.
En eucariotas o PDC está estreitamente regulado polo seu propio encima quinase, chamado piruvato deshidroxenase quinase (PDK) e por unha fosfatase, a piruvato deshidroxenase fosfatase (PDP). A PDK é desactivadora, e a PDP activadora. A PDK fosforila tres residuos de serina específicos de E1 con diferentes afinidades. A fosforilación de calquera deles fai que E1 (e en consecuencia todo o complexo) quede inactiva.
A desfosforilación de E1 pola PDP reinstaura a actividade do complexo.
Os produtos da reacción actúan como inhibidores alostéricos do PDC, porque activan a PDK. Os substratos inhiben a PDK, polo que reactivan o PDC.
Durante os períodos de fame prolongados (inanición), a cantidade de PDK increméntase na maioría dos tecidos, incluído o músculo esquelético, por medio dun aumento da transcrición do seu xene. Nas mesmas condicións, a cantidade de PDP decrece. A inhibición resultante da PDC impide que o músculo e outros tecidos catabolicen a glicosa e os precursores da gliconeoxénese. O metabolismo cambia á utilización de graxas, mentres que se minimiza a degradación de proteínas musculares que fornecía precursores da gliconeoxénese, e a glicosa dispoñible resérvase para usala no cerebro.
O ión calcio ten un papel na regulación da PDC nos tecidos musculares, porque activa a PDP, estimulando a glicólise cando se libera no citosol durante a contracción muscular. Localización da descarboxilación do piruvato
Nas células eucarióticas a descarboxilación do piruvato ten lugar nas mitocondrias, despois de que se transporte ata alí o substrato piruvato procedente do citosol. O transporte de piruvato ás mitocondrias realízase por medio duna proteína transportadora, chamada piruvato traslocase.
Ao entrar o piruvato na mitocondria prodúcese a súa descarboxilación, producindo acetil-CoA. Esta reacción irreversible atrapa as moléculas de acetil-CoA dentro da mitocondria (o acetil-CoA só pode ser transportado fóra da matriz mitocondrial en condicións de alta concentración de oxalacetato por medio da lanzadeira do citrato). O dióxido de carbono producido por esta reacción é unha molécula apolar e pequena, e pode difundir fóra da mitocondria e fóra da célula. É parte do CO2 respiratorio (o resto prodúcese no ciclo do ácido cítrico) que se expulsa do corpo.
Nos procariotas, que carecen de mitocondrias, esta reacción ten lugar no citosol, ou, nalgunhas especies, non se produce. Importancia clínica
A deficiencia de piruvato deshidrogenase pode orixinarse por mutacións nos xenes de calquera dos encimas do complexo. O seu principal efecto é producir acidose láctica. Diferenzas estruturais entre especies
O PDC é un grande complexo formado por 3 ou 4 subunidades dependendo da especie, de cada unha das cales hai moitas copias nun mesmo complexo.
En bacterias gramnegativas
Nas bacterias gramnegativas, como por exemplo Escherichia coli, o PDC consta dunha parte central cúbica constituída por 24 moléculas de dihidrolipoíl transacetilase (E2). Na parte externa do complexo, rodeando ás E2, hai ata 24 copias de piruvato deshidroxenase (E1) e 12 moléculas de dihidrolipoíl deshidroxenase (E3).
En bacterias grampositivas e eucariotas
Nas bacterias grampositivas, como por exemplo, Bacillus stearothermophilus. e nos eucariotas a parte central do PDC contén 60 moléculas de E2 dispostas formando un icosaedro.
Os eucariotas tamén conteñen 12 copias dunha proteína adicional situada na parte central, chamada proteína de unión a E3 (E3BP). A localización exacta de E3BP non está completamente clara. Por microscopía crioelectrónica estableceuse que a E3BP se une a cada unha das caras do icosaedro en lévedos. Porén, suxeriuse que substitúe a un número equivalente de moléculas de E2 na parte central do PDC bovino.
En bacterias grampositivas á parte central formada por E2 poden asociarse ata 60 copias de E1 ou E3, e a unión é mutuamente excluínte. En eucariotas, E1 está especificamente unida a E2, mentres que E3 se asocia con E3BP. En eucariotas, crese que están presentes ata 30 copias de E1 e 6 de E3, aínda que o número exacto de moléculas pode variar in vivo e a miúdo reflicte os requirimentos metabólicos do tecido en cuestión.