Descarboxilación oxidativa del piruvato

Estructura del complejo de la piruvato deshidrogenasa

La PDH es un complejo multienzimático de organización compleja que incluye tres tipos de protómeros catalíticos ($E_1$, $E_2$ y $E_3$), así como subunidades reguladoras (cinasa y fosfatasa).

El secreto de la eficacia del complejo radica en su organización espacial única. Todas las enzimas están tan próximas que permiten que las reacciones ocurran simultáneamente en varios sitios a la vez. Al mismo tiempo, los productos metabólicos intermedios no se liberan al medio circundante, sino que se transfieren directamente de un centro activo a otro. Esto hace que la conversión de los sustratos sea lo más eficiente posible.

Las coenzimas que participan en la función de la PDH se dividen en dos grupos:

• Fuertemente unidas: se encuentran permanentemente dentro de las enzimas (coenzimas de los protómeros $E_1$, $E_2$, $E_3$).
• Libres: NAD⁺ y HS-CoA se incorporan al complejo exclusivamente en el momento de la reacción y luego lo abandonan en forma de productos terminados: acetil-CoA y NADH + H⁺ reducido.

Protómeros catalíticos y sus coenzimas

La velocidad de las reacciones de descarboxilación oxidativa depende directamente de la disponibilidad de vitaminas en el organismo. Con la deficiencia de al menos una de ellas, la actividad del proceso disminuye drásticamente.

Nota: La piridoxina (vitamina B₆) no participa en este proceso.

Etapas de la descarboxilación oxidativa

La ecuación general de la reacción es la siguiente: Piruvato + NAD⁺ + Coenzima A $\rightarrow$ Acetil-CoA + NADH + H⁺ + CO₂

Este proceso se divide en cinco etapas secuenciales:

1. Etapa I. La enzima $E_1$ lleva a cabo la descarboxilación del piruvato (liberación de CO₂). El fragmento de dos carbonos resultante se transfiere a la coenzima activa TDP con la formación de hidroxietilo.
2. Etapa II. La enzima $E_2$ oxida el grupo hidroxietilo y transfiere el residuo de dos carbonos a la amida del ácido lipoico. El ácido lipoico desempeña aquí un papel especial: al estar unido a restos de lisina, funciona como un «brazo oscilante», transfiriendo átomos de hidrógeno y grupos acetilo entre los centros activos de las enzimas.
3. Etapa III. La forma acetilada de la transacetilasa interactúa con el HS-CoA. Como resultado, se sintetiza un compuesto rico en energía, el acetil-CoA, que posteriormente ingresa al ciclo de Krebs. La transacetilasa pasa a la forma de dihidrolipoamida.
4. Etapa IV. La enzima $E_3$, que contiene FAD, deshidrogena la transacetilasa reducida. Esto permite que el ácido lipoico se regenere y vuelva a su estado inicial para un nuevo ciclo.
5. Etapa V. En la etapa final, el FADH₂ reducido se deshidrogena con la participación del NAD⁺. El NADH + H⁺ formado se dirige a la cadena de transporte de electrones (CTE), donde proporcionará la síntesis de tres moléculas de ATP.

Mecanismos de regulación de la actividad de la PDH

La actividad del complejo de la piruvato deshidrogenasa se controla mediante la modificación de su estado: la forma desfosforilada es activa y la fosforilada es inactiva. Dos enzimas reguladoras se encargan de la conmutación:

• La cinasa de la PDH cambia el complejo a un estado inactivo. Se activa ante señales de exceso de energía en la célula: altos niveles de ATP, NADH y acetil-CoA. Por lo tanto, el exceso de productos apaga la reacción. La cinasa es inhibida (manteniendo la PDH activa) por el piruvato (el inhibidor más fuerte), el ADP, el HS-CoA y los iones de calcio.
• La fosfatasa de la PDH desfosforila y activa el complejo. Su principal activador son los iones $Ca^{2+}$.

Características del periodo absortivo: Después de una comida, la glucosa ingresa a las células y se descompone en piruvato. Las altas concentraciones de piruvato activan la PDH a través de dos vías simultáneas. Primero, el piruvato inhibe potentemente a la cinasa de la PDH, evitando que «apague» el complejo. Segundo, activa alostéricamente la forma desfosforilada de la enzima junto con el NAD⁺ y el HS-CoA. Como resultado, la glucosa se convierte activamente en acetil-CoA, que en el hígado se utilizará para la síntesis de ácidos grasos.

Preguntas de clases y exámenes

Qué más repasar sobre el tema

• Cálculo del rendimiento energético durante la oxidación de 1 mol de piruvato
• Determinación del coeficiente de fosforilación oxidativa (P/O) para la reacción
• Estequiometría de la oxidación completa del piruvato en el ciclo de Krebs
• Vía del hidrógeno y de los electrones a lo largo de la cadena de transporte de electrones (CTE)

Otros temas de la sección «Metabolismo energético»

Material preparado por los profesores de WhiteCoat Pro según el plan de estudios de las facultades de medicina. De carácter educativo.