TEMAS 39: DESTINOS METABÓLICOS DEL PIRUVATO: FERMENTACIÓN Y RESPIRACIÓN. PIRUVATO DESHIDROGENASA

DESTINOS DEL PIRUVATO:Piruvato no puede ser el producto final de la glucólisis porque durante esta se produce una reducción de NAD+ que es limitado en la célula y si se acaba la glucólisis se terminaría. Por lo tanto el proceso final de la vía es la regeneración del NAD+ a través del metabolismo del piruvato.

Regeneración del NAD+ Destinos del piruvato

- Fermentación homoláctica:Esta reacción se produce en ciertos microorganismos.Cuando en los tejidos animales no se les puede suministrar oxígeno suficiente para mantener la oxidación aeróbica del piruvato y el NADH producidos en la glucólisis, el NAD+ se regenera a partir del NADH mediante la reducción de piruvato a lactato.Reacción catalizada por la lactato deshidrogenasa.

La reacción global es:

No existe óxido-reducción neta. El NADH formado en la oxidación del gliceraldehído 3-fosfato se consume en la reducción del piruvato.La regeneración del NAD+en la reducción del piruvato hasta lactato o etanol mantiene a la glicolisis operativa bajo condiciones anaeróbias.

El músculo esquelético recurre de manera muy intensa a la glicólisis durante el ejercicio. Normalmente el lactato producido difunde del tejido y se transporta, en el torrente sanguíneo, a los tejidos muy aerobios, como el hígado o el corazón.El tejido aerobio es capaz de continuar catabolizando el lactato, mediante la respiración, o puede volver a convertirlo en glucosa, mediante al gluconeogénesis.

- Isoenzimas de lactato deshidrogenasa:La mayor parte de los tejidos tiene hasta 5 isozimas de lactato deshidrogenasa.El lactato deshidrogenasa es una proteína tetramérica, formada por dos tipos de subunidades (M y H).La subunidad M4 predomina en el músculo.La subunidad H4 predomina en el corazón y en el hígado.Las subunidades M y H se pueden combinar entre sí, por lo que las cinco isozimas principales tienen las siguientes composiciones: M4, M3H, M2H2, MH3, H4.

La composición isoenzimática de un tejido viene determinada por las actividades de los genes que especifican las subunidades.El piruvato inhibe al lactato deshidrogenasa en su isozima H4.La M4 no se inhibe por piruvato.En tejidos aerobios (corazón, hígado), la reacción producida es piruvato lactato, nunca la inversaEl músculo puede trabajar en anaerobiosis por lo que produce lactato, este será enviado por el torrente sanguíneo a los tejidos aerobios para que se regenere en piruvato.

- Fermentación alcohólica:Es producida por la levadura y otros microorganismos, que fermentan el piruvato a etanol.

En el primer paso el piruvato se descarboxila en una reacción irreversible catalizada por la piruvato descarboxilasa.La enzima es dependiente de Mg2+ y tiene unido el intermediario de la reacción a la coenzima TPP.Segundo paso: El acetaldehído se reduce a etanol.Reacción catalizada por el alcohol deshidrogenasa mediante el poder reductor proporcionado por el NADH proveniente de la glucólisis.Mediante este proceso se cierra el ciclo de la glucólisis en los microorganismos (E.coli).o Estequiometría:

Glucosa + 2 Pi + 2 ADP + 2 H+ 2 etanol + 2 CO2 + 2 ATP + 2 H2O

El hombre no puede realizar la fermentación alcohólica porque carece de la piruvato descarboxilasa, pero si que existe la alcohol deshidrogenasa por lo que puede metabolizar el etanol ingerido o el producido por la flora intestinal.

METABOLISMO DEL ETANOL:Se produce por dos vías.- Primera vía:o Primera etapa: Tiene lugar en el citoplasma.Catalizada por la alcohol deshidrogensa.o Segunda etapa:Tiene lugar en la mitocondria.Catalizada por la aldehído deshidrogensa.

El consumo de etanol conduce a una acumulación de NADH. Un elevado nivel de NADH inhibe la gluconeogénesis al impedir la oxidación del lactato a piruvato.El exceso de NADH actúa como señal de que las condiciones celulares son adecuadas para sintetizar ácidos grasos. De este modo se acumulan triacilgliceroles en el hígado, lo que origina el hígado graso.

- Segunda vía (MEOS):Esta vía es dependiente del citocromo P450, genera acetalldehído y luego acetato al tiempo de NADPH, el poder reductor en la reacciones de biosíntesis se oxida a NADP+

O2 + NADPH + ATP

Etanol AcetatoCit P450 + NADP+ + ADP + Pi + ROS (radicales libres)

Al consumir NADPH+ el antioxidante glutatión no se puede regenerar.Exceso de etanol en el hígado evita la absorción de Vit A, Tiamina, Vit C.Al perderse gran cantidad de ATP la termogénesis se ve alterada.Altas concentraciones de etanol activa la MEOS e inhibe las otras rutas.La mitocondria hepática es capaz de transformar el acetato en acil-CoA a través de una reacción que consume ATP y que está catalizada por tioquinasa.

El posterior procesamiento del acetil-CoA por el ciclo de Krebs está bloqueado ya que el NADH inhibe dos importante enzimas reguladoras la isocitrato deshidrogenasa y la α-cetoglutarato deshidrogensa.La acumulación de de acetil-CoA produce cuerpos cetónicos, que se liberan a la sangre agravando la acidosis.El procesamiento del acetato en el hígado es insuficiente por lo que aumenta la concentración de acetaldehído que es muy reactivo y se une covalentemente a determinados grupos funcionales de las proteínas, alterando la función de muchas de ellas

- Oxidación completa (respiración): 3 O2

Piruvato 3 CO2 + 3 O2

Tiene lugar interior en la mitocondria.Se produce en condiciones aerobias.

Este proceso sucede en tres fases:- 1º fase:Descarboxilación del piruvato a Acetil-CoA.- 2º fase: Descarboxilación de Acetil-CoA en el ciclo Krebs.- 3º fase: transporte electrónico:Las descarboxilaciones son oxidativas por lo que producen poder reductor que luego mediante transporte de electrones producirán ATP.

PRIMERA FASE: Descarboxilación del piruvato a Acetil-CoA

Catalizada por complejo piruvato deshidrogenasa.Esta reacción irreversible es el enlace entre la glucólisis y el ciclo de Krebs.

- Complejo piruvato deshidrogenasa.Esta formado por tres subunidades (indicadas en la tabla) cada una unida a un coenzima.

o Mecanismo del complejo piruvato deshidrogensa:

Reacción 1: E1 acepta un grupo aldehído de dos carbonos procedente del piruvato y lo une al TPP, formando hidroxietil-TPP.

Reacción 2: El grupo aldehído de transfiere E1 al primer brazo oscilante de lipoamida en E2 y se oxida simultáneamente a un grupo acetilo.

Reacción 3: El grupo acetilo se transfiere al segundo brazo de oscilación, que se coloca en la situación adecuada para la transferencia a la CoA-SH.

Reacción 4: El grupo acetilo se transfiere a la CoA-SH, produciendo acetil-CoA.

Reacción 5: E3 oxida el brazo de oscilación de la lipoamida reducida mediante la transferencia de dos hidrógenos al FAD.

Reacción 6: La flavina reducida (FADH2) se oxida por el NAD+.

o Regulación:Existen dos tipos de regulación:

- Los dos productos ( acetil-CoA, NADH) de la reacción de la piruvato deshidrogenasa inhiben el complejo de forma competitiva como retroinhibidores.

- Regulación por fosforilación/desfosforilación: Uncomplejo desfosfrilado activo. Un complejo fosforilado inactivo.

Desfosforilación catalizada por la piruvato deshidrogenasa quinasa (quinasa).Fosforilación catalizada por la piruvato deshidrogenasa fosfatasa (fosfatasa).

El Ca2+ actúa como un potente activador de la reacción de la fosfatasa. Estos efectos del Ca2+ pueden ser importantes en el músculo esquelético, en el que la liberación de Ca2+

durante la contracción activa la fosfata, estimulando así la oxidación del piruvato, produciéndose energía.La insulina activa la piruvato deshidrogenasa (actúa sobre la fosfatasa) en el tejido adiposo.La adrenalina activa la piruvato deshidrogenasa en el tejido cardiaco, a través de la cascada de liberación de Ca2+.El glucagón NO tiene efecto sobre la regulación de la piruvato deshidronasa.