La reazione di decarbossilazione del piruvato è l’anello di congiunzione tra le vie metaboliche della glicolisi e del ciclo di Krebs noto come ciclo dell’acido citrico.
Nella glicolisi, una molecola di glucosio è scissa in due anioni piruvato costituiti da 3 atomi di carbonio ciascuno.
Dopo la glicolisi, il piruvato si sposta dal citosol alla matrice dei mitocondri dove reagisce con il coenzima A (CoA) per formare acetil CoA. Nel processo, è prodotta una molecola di NADH e una molecola di anidride carbonica per ogni piruvato prodotto.
Piruvato + NAD + + CoA → Acetil-CoA + NADH + CO2
È un processo di ossidazione irreversibile in cui il gruppo carbossilico è rimosso dal piruvato sotto forma di CO2 e i due carboni rimanenti diventano il gruppo acetilico dell’acetil-CoA.
Piruvato deidrogenasi
La decarbossilazione del piruvato è catalizzata dalla piruvato deidrogenasi (PDH), complesso multienzimatico composto da diverse decine di tre tipi di subunità:
- piruvato deidrogenasi (E1)
- lipoammide reduttasi transacetilasi (E2)
- diidrolipoil deidrogenasi (E3)
L’enzima è costituito anche da 5 coenzimi ovvero:
- tiamina pirofosfato (TPP)
- acido lipoico (LA)
- flavina adenina dinucleotide (FAD)
- coenzima A (CoA)
- nicotinammide adenina dinucleotide (NAD +)
Le subunità catalizzano diverse fasi della reazione complessiva. Al centro del funzionamento del complesso PDH c’è un cofattore catalitico chiave, il pirofosfato di tiamina (TPP). Esso è il cofattore catalitico utilizzato dagli enzimi che catalizzano le decarbossilazioni ossidative e non ossidative degli α-chetoacidi. Il piruvato, ad esempio, subisce entrambi i tipi di decarbossilazione, che coinvolgono entrambi il TPP. Come parte del complesso PDH, il TPP catalizza la decarbossilazione ossidativa del piruvato.
Reazioni
Due molecole di piruvato formatesi durante la glicolisi sono trasportate dal citoplasma, attraverso le due membrane mitocondriali, nella matrice mitocondriale. Una volta all’interno il PDH catalizza queste reazioni:
- rimozione di un gruppo carbossilico sotto forma di -COOH e sua diffusione al di fuori della cellula. Di conseguenza, il piruvato originale si è trasformato in un gruppo idrossietile a due atomi di carbonio.
- ossidazione del gruppo idrossietile in gruppo acetile
- formazione dell’acetil-CoA
La reazione complessiva catalizzata dalla piruvato decarbossilasi è:
2 Piruvato + CoA + NAD+ → acetil-CoA + NADH + H+ + CO2
Destino dell’acetil CoA
L’acetil CoA prodotto da questa reazione può passare a una varietà di diverse vie metaboliche. L’uso principale è il ciclo dell’acido citrico e la respirazione aerobica, ma l’acetil CoA è anche un importante substrato per la sintesi di lipidi e amminoacidi.
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