PIRUVATO DESHIDROGENASA

BLOQUE III.- Metabolismo
Tema 13.13.- Glucolisis y destino del piruvato
1. Papel central de la glucosa en el metabolismo.
•Degradació
Degradación de glucosa por GLUCOLISIS:
• Caracterí
Características y reacciones
Balance quí
químico y energé
energético ATP
Regulació
Regulación de la glucolisis
• Degradació
Degradación del piruvato en diferentes condiciones
• Descarboxilació
Descarboxilación oxidativa
• Fermentaciones lá
láctica y etanó
etanólica
Lanzaderas para equilibrar el poder reductor generado en el citoplasma
citoplasma
PAPEL CENTRAL DE LA GLUCOSA EN EL METABOLISMO:
- La glucosa es el principal combustible para la mayoría de organismos, ocupando una
posición central en el metabolismo.
- Su oxidación completa a CO2 y H2O produce gran cantidad de energía (2.840 kJ/mol). Se
almacena en forma de polímeros (glucógeno, almidón, )
- Es un precursor extremadamente versatil, capaz de suministrar una gran cantidad de
intermedios metabólicos, que son material de partida de muchos procesos biosintéticos
DIGESTIÓN DE GLÚCIDOS
Desde los ALIMENTOS
Tanto el almidón ( mecla de amilosa y de amilopectina.) como el glucógeno
son hidrolizados por las enzimas α-amilasa (1→
→4) y glucosidasas (1→
→6).
La α-amilasa (salivar y pancreática) y la glucosidasa (intestinal)
Los monosacáridos son los únicos
glúcidos que se absorben a través de la
mucosa intestinal con transporte activo
intracelular
ESQUEMA QUE RELACIONA TODAS LAS VÍAS METABÓLICAS
Glucógeno
Glucogenolisis
Glucogenogénesis
Pentosas y
Otros azúcares
Ruta pentosas-P
Glucosa
Gluconeogénesis
Glucolisis
Glucolisis
Cierto
s
amino
ácidos
Piruvato
Lactato
Degradación
piruvato
LAS VÍAS METABÓLICAS
PARA LOS
GLÚCIDOS O CARBOHIDRATOS
Ácidos
grasos
Ciclo ácido
cítrico
Transporte
Electrónico
mitocondrial
GLUCOLISIS:
Ruta CATABÓLICA para la degradación de la glucosa a 2 piruvatos
- Características generales:
GLUCOSA
• Glucolisis o glicolisis es una ruta catabólica de 10 reacciones
enzimáticas: TRES IRREVERSIBLES
• Su función es la degradación de glucosa para la obtención de
energía: 2 ATP y 2 NADH
• Se degrada una molécula de glucosa (C6) hasta dos moléculas de
piruvato (C3).
•Es una ruta metabólica universalmente distribuida en todas las
células.
2 PIRUVATOS
GLUCOLISIS
• 2 Fases y 10 Reacciones
• Sustratos :
Hexosas-P y triosas-P
• Enzimas:
deshidrogenasas
kinasas, isomerasas y mutasas
•
Cofactores: NAD+ / NADH
•
ATP / ADP
El producto de una reacción
es el sustrato de la siguiente
EL ATP es el cofactor DADOR de
GRUPOS FOSFATO Y
el ADP es el RECEPTOR de GRUPOS
FOSFATO
EL NAD+ acepta electrones
procedentes de
los sustratos que se oxidan
y él se reduce a NADH
Las moléculas con
carga
no atraviesan la
membrana
plasmática
GLUCOLISIS: reacciones
FASE 1: fase de inversión de energía
hexoquinasa
1.-Fosforilación de la glucosa
El ATP transfiere un Pi al OH del
C6. de la glucosa.. Las moléculas con
carga no atraviesan las membranas.
La G6P no sale de las células.
Glucosa (G)
Glucosa 6-P (G6P)
Fosfoglucosa
isomerasa
2.-Isomerización de la G-6-P
La aldosa (C1=O) se transforma
en cetosa (C2 =O )
Glucosa 6-P (G6P)
Fructosa 6-P
(F6P)
GLUCOLISIS: reacciones
Fosfofructoquinasa 1
3.-Fosforilación de la F-6-P
El nuevo OH del C1 es
fosforilado por ATP.
Fructosa 6-P (F6P)
Fructosa 1, 6-P (FBP)
4.-Ruptura aldólica de la F-B-P
Aldolasa
Se forman dos triosas, isómeros:
-gliceraldehido3-fosfato (G3P) y
-dihidroxiacetona-fosfato (DHAP).
Fructosa 1, 6-P (FBP)
Dihidroxi
Acetona
Fosfato Gliceraldehido
(DHAP) 3-fosfato (G3P)
GLUCOLISIS: reacciones
La segunda fase de la glucolisis parte desde el Gal-3-P
Triosa fosfato
isomerasa
5.-Isomerización del DHAP a G3P
La dihidroxiacetona-fosfato (DHAP)
se isomeriza a
gliceraldehido3-fosfato (G-3P).
Solo el G-3P sigue la glicolisis.
Dihidroxiacetona
-fosfato (DHAP)
Gliceraldehido
3-fosfato (G3P)
FASE 2: fase de obtención de beneficios
Gliceraldehido 3-P
deshidrogenasa
6.-Oxidación y fosforilación
Se genera NADH y un enlace
fosfato de alta energía
Gliceraldehido
3-fosfato (G3P)
1,3-bisfosfo
glicerato (BPG)
El aldehido se oxida y se fija el grupo fosfato, formando un
enlace de alta energía: enlace ACIL-FOSFATO
GLUCOLISIS: reacciones para recoger energía
El enlace ACIL-FOSFATO es de alta energía y
ésta se conserva en forma de ATP
Fosfoglicerato
quinasa
7.-Fosforilación a nivel de sustrato
Se transfiere un Pi desde el 1,3BPG, con un enlace de alta
energía, al ADP.
1,3-bisfosfo
glicerato (BPG)
3-fosfoglicerato
(BPG)
1ª reacción de conservación de la energía
Fosfoglicerato
mutasa
8.-Isomerización
El Pi del C3, de no muy alta energía,
se traslada al C2, a través de un
intermedio bisfosforilado (2,3-BPG)
3-fosfoglicerato
(3PG)
2-fosfoglicerato
(2PG)
GLUCOLISIS: reacciones para recoger energía
Enolasa
9.-Deshidratación
Se separa una mol. de H2O y se
genera un enlace enol-fosfato
de alta energía
Fosfoenol
piruvato
(PEP)
2-fosfoglicerato
(2PG)
El enlace ENOL-FOSFATO es de alta energía
Piruvato
quinasa
10.-Fosforilación a nivel de sustrato
Se transfiere un Pi desde el PEP, con
un enlace de alta energía, al
ADP.
DG’ = -31.4kJ/mol
Fosfoenol
piruvato
(PEP)
2ª reacción de conservación de la energía en forma de ATP
piruvato
(PIR)
GLUCOLISIS: balance de la ruta
RESULTADO DE LA GLUCOLISIS
glucosa
Además se forman 2 moléculas de ATP
y 2 moléculas de NADH
2 moléculas
de piruvato
BALANCE químico y energético de la glucolisis:
Glucosa + 2 ADP + 2Pi + 2 NAD+ ------> 2 piruvato + 2 ATP + 2 NADH + 2H+
La glucolisis se produce en el citoplasma y los NADH formados no pueden descargar sus een el T.E.M. que actúa en el interior mitocondrial.
 LANZADERAS o FERMENTACIÓN
REGULACIÓN de la GLUCOLISIS
La regulación
de la ruta recae
sobre las tres
enzimas que
catalizan las
tres reacciones
irreversibles.
Son tres
kinasas:
Son moduladas
por el nivel de
ciertos
metabolitos y
por
modificación
covalente
(fosforilación)
hexokinasa
Fosfofructo
kinasa 1
piruvatokinasa
REGULACIÓN GLUCOLISIS:
(1) Hexokinasa y características de la glucokinasa
Activa
inhibe
G-6-P
Producto de la reacción
hexokinasa
Glucosa
glucosa-6-P
glucokinasa
• GLUCOKINASA
• Isoenzima en hígado,
• + Específica para glucosa
• KM mayor para la glucosa y
• No inhibida por G6P
glucosa
•Su existencia permite al
hígado retirar glucosa de la
sangre cuando su
concentración es muy alta
La PFK-1 se activa con F-2,6-BP, el producto de la PFK-2
ENZIMA BIFUNCIONAL
PFK-2
F2,6-BP
Fructosa-2,6-bisfosfato
(F-2,6-BP)
La actividad de la enzima bifuncional
PFK-2/F2,6-BF está controlada por
la acción hormonal, que desencadena
la fosforilación y la defosforilación de
la enzima, alterando la actividad de la
enzima con ello.
Fructosa-6fosfato
Fructosa-2,6bisfosfato
Fructosa-1,6bisfosfato
T 13.- METABOLISMO DEL PIRUVATO
Resumen de la
degradación del
Pivuvato
Glucosa
Glucolisis
10 reacciones
consecutivas
Condiciones
anaeróbicas
2 piruvato
2 etanol + 2 CO2
Condiciones
aeróbicas
Fermentación a alcohol
en levaduras
2 Actil-CoA
Ciclo
del
ácido
cítrico
En células tumorales:
http://sebbm.es/BioROM/cont
enido/UCM/sit_fisiopat/glucol
isis-cancer/index.htm
4 CO2 + H2O
Animales, plantas, y muchas
células microbianas bajo
condiciones aeróbicas
Condiciones
anaeróbicas
2 lactato
Fermentación a lactato
en músculo en
contracción vigorosa,
eritrocitos, otras células
y en algunos
microorganismos
El piruvato formado en la GLUCOLISIS se
degrada en función de las condiciones:
ANAEROBIAS: Fermentaciones (1,2)
AEROBICAS:
Descarboxilación oxidativa (3)
piruvato
Piruvato
O2
2
1
Acetaldehido
O2
Lactato
Lactato
3
O2
Acetil-CoA
O2
Etanol
Posterior
Oxidación
en el C.A.T.
Las 2 reacciones de reducción del Piruvato en los procesos
fermentativos
FERMENTACIÓN
LÁCTICA
Lactato
deshidrogenasa
FERMENTACIÓN
ALCOHÓLICA
Piruvato
Piruvato
descarboxilasa
Piruvato
Lactato
Alcohol
deshidrogenasa
Acetaldehido
Etanol
1.-FERMENTACIÓN LACTICA
en condiciones anaeróbicas (músculo y microorganismos).
Acoplamiento de la
oxidación del NADH
hasta NAD+ con la
reducción del
Piruvato a lactato;
glicolisis
glucosa
2 piruvato
la glicolisis necesita
NAD+ disponible para
la Gal-3-P
deshidrogenasa
Regeneracion
NAD+
regeneración
NAD+
Resumen de la fermentación
láctica
Lactato
deshidrogenasa
Piruvato + NADH
2 lactato
lactato
El ácido láctico es producido en
los músculos con el ejercicio y
por bacterias
Lactato + NAD+
2.-FERMENTACIÓN ALCOHÓLICA
microorganismos fermentativos en condiciones anaeróbicas
Acoplamiento de la
oxidación del
NADH a NAD+ con
la reducción del
acetaldehido a
etanol;
la glicolisis
necesita NAD+
Disponible para la
Gal-3-P
deshidrogenasa
glucosa
2 piruvato
Regeneracion
NAD+
acetaldehido
etanol
3.- Descarboxilación oxidativa del Piruvato
en condiciones aerobias
Glucosa
Piruvato
Complejo
Piruvato
deshidrogenasa
Acetil-CoA
Lípidos
-------
Acetil-CoA
REACCIÓN COMPLEJA:
Descarboxilación oxidativa del piruvato
Enzima: PIRUVATO DESHIDROGENASA
Coenzimas solubles:
NAD+ se reduce a NADH
CoA-SH se lleva el acetilo
PIRUVATO DESHIDROGENASA
Componentes del complejo:
3 enzimas y 5 coenzimas
E1- piruvato deshidrogenasa E2- Lipoil-transacetilasa E3- Dihidrolipoamida deshidrogenasa Coenzimas unidos a Enzimas
(GRUPOS PROSTÉTICOS)
E1- TPP
E2- Lipoamida
E3 - FAD
-TPP
-Lipoamida
- FAD
Descarboxilación oxidativa
Trans-acetilación
Oxidación H2-lipoamida
Modelo de la estructura del complejo PDH, donde se recogen
los 3 tipos de subunidades, cada una con su coenzima
Cristales de PDH
Coenzimas solubles
CoA-SH
NAD+
La E1-TPP cataliza la
descarboxilación del piruvato y
el OH-etil queda unido a la TPP
Microfotografía al M.E. del complejo PDH procedente de músculo
PIRUVATO DESHIDROGENASA:
Toda la
reacción se
produce en
el entorno
del
complejo
PDH,
actuando
en cada
paso una
de las
enzimas
mecanismo de actuación
Hidroxi-etil-TPP
Lipoamida
Dihidrolipoamida
piruvato
Acetil-CoA
Acetil hidro
lipoamida
E1 = Piruvato deshidrogenasa
E2 = Dihidrolipoil transacetilasa
E3 = Dihidrolipoil deshidrogenasa
- TPP
- Lipoamida
- FAD
CoE. solubles
•CoA-SH
•NAD+
Descripción del mecanismo de acción de la PIRUVATO DH
1º.- Actuación de la E1-TPP (La E1 es Piruvato deshidrogenasa)
El piruvato se descarboxila y el fragmento de 2 carbonos (carbanión) se transfiere al
anillo de tiofeno (TPP), formándose el hidroxi-etil-TPP.
2º.- Transferencia del hidroxietilo de la E1-TPP a la E2-Lipoamida
La E2 es Dihidrolipoil-transacetilasa y tiene unida la Lipoamida
En la transferencia desde E1 a E2, el hidroxi-etilo se oxida a acetilo, a la par que el
puente disulfuro de la lipoamida se reduce a dihidro-lipoamida, aunque como ésta
resulta acetilada, el producto es acetil-hidro-lipoamida
3º.- Transferencia del acetilo desde la E2-hidro-Lipoamida a la CoA-SH
El grupo acetilo de la acetil-lipoamida (enlace tio-acilo) se transfiere a la CoA-SH, para
formar Acetil-S-CoA (enlace tio-acilo).
La Lipoamida queda reducida como Dihidro-lipoamida.
4º.- Oxidación de la H2-lipoamida por E3-FAD ( Coenzima de la E3)
La E3 (Dihidrolipoil-deshidrogenasa) es una flavoenzima, cuyo FADH2 se oxidará después
por el NAD+ (coenzima soluble) que se reduce a NADH + H+
Nombre de la
VITAMINA
B1
COMPUESTO
QUÍMICO
Tiamina
Forma de COENZIMA
Tiamina-PP
PATOLOGÍA
(por carencia)
Beriberi
(cascara arroz)
Glositis, Queilitis
angular y
Dermatitis
seborreica
B2
Riboflavina
FMN, FAD
B3
Niacina o Ac.
Nicotínico
NADH, NADPH
Pelagra (3D)
B5
Pantotenato
Coenzima A
Neurodegeneración
(pantotenato kinasa)
Anemia
(Isoniacina)
B6
Piridoxina
Piridoxal-P
B7 o H
Biotina
Biotina
B12
Cobalamina
Cianocobalamina
C
Ascorbato
B9
Folato
Anemia
perniciosa
Escorbuto
THF
Espina bífida
PIRUVATO DESHIDROGENASA
Regulación alostérica y por fosforilación/defosforilación
PDH
Piruvato
El complejo está
regulado de dos
maneras:
• inhibición alostérica por
metabolitos:
Acetil-CoA
Inhibido por ATP, AcetilCoA y NADH y
Activado por AMP, CoA y
NAD+, cuando las
necesidades energéticas
son elevadas
• Modificación covalente:
Inhibido por fosforilación
en E1 y activado por
defosforilación.
Citrato
Oxalacetato
Isocitrato
Malato
Cetoglutarato
Succinil-
PIRUVATO DESHIDROGENASA
Regulación covalente por fosforilación/defosforilación, en mamíferos
La PDH
fosforilada
(PDH-P) es
inactiva y la
defosforilación
la activa de
nuevo.
La PDH es
estimulada (PDH a)
por la insulina,
piruvato y
AMP/ADP, que
inhiben a la PDHkinasa,
pero es inhibida (no
se forma PDH b)
por el ATP, NADH y
acetil-CoA, que
activan a la PDHkinasa.
Lanzadera del glicerol-P
Glicerol-3-fosfato
Deshidrogenasa
citoplasmática
Dihidroxiacetona
fosfato
Citoplasma
Glicerol
3-fosfato
Glicerol-3-fosfato
Deshidrogenasa
mitocondrial
Matriz
Por cada NADH citoplásm. que se oxida por esta vía se obtienen 1,5
ATP.
Lanzadera del malato-aspartato
Por cada NADH citoplásm. que se oxida por esta vía se obtienen 2,5
ATP.
Oxalacetato
Malato
deshidorgenasa
Malato
Glutamato
transaminasa
α-cetoglutarato
Aspartato
α-cetoglutarato
Aspartato
Citoplasma
Matriz
Malato Malato
deshidorgenasa
Oxalacetato
transaminasa
Glutamato