Biochimica/Ciclo dell'acido citrico

Il glucosio, gli acidi grassi e molti aminoacidi terminano il loro catabolismo nel ciclo dell'acido citrico e nella catena respiratoria.

Decarbossilazione ossidativa del piruvato

Il prodotto finale della glicolisi, il piruvato, viene prima trasformato irreversibilmente ad acetil-CoA, che entra quindi nel ciclo di Krebs. La reazione netta è:

piruvato + NAD⁺ + CoA-SH ${\ce {->}}$ acetil-CoA + NADH + H⁺ + CO₂

La reazione è catalizzata dal complesso enzimatico della piruvato deidrogenasi (PDC), localizzato nella matrice. Questo complesso è formato da copie multiple, in tutto 60, di tre enzimi:

• E1, la piruvato deidrogenasi o decarbossilasi, che usa come coenzima la TPP;
• E2, la diidrolipoil transacetilasi, con coenzima l'acido lipoico e il CoA-SH;
• E3, la diirdolipoil deidrogenasi, con coenzima il FAD.

Meccanismo d'azione del complesso

Tappe della decarbossilazione ossidativa del piruvato ad acetil-CoA

A) Il piruvato viene decarbossilato a idrossietile legato al carbonio reattivo della TPP, liberando una molecola di CO₂ (questa è la reazione irreversibile del complesso);
B) l'idrossietile viene ossidato ad acetile, riducendo l'acido lipoico, cui rimane legato;
C) l'acetile lega il CoA-SH formando l'acetil-CoA;
D) l'acido lipoico si riossida cedendo elettroni al FAD che viene convertito a FADH₂;
E) il FADH₂ cede gli equivalenti riducenti al NAD⁺ che viene così ridotto a NADH + H⁺.

Regolazione della piruvato deidrogenasi

La regolazione del PDC avviene sia per inibizione competitiva che per fosforilazione/defosforilazione. I prodotti NADH + H⁺ e acetil-CoA competono con NAD⁺ e CoA-SH per i siti di legame dei siti di legami nei loro rispettivi enzimi.

Il complesso della piruvato deidrogenasi è costituito anche da due subunità regolatorie:

• la piruvato deidrogenasi chinasi che fosforila e inattiva E1;
• la piruvato deidrogenasi fosfatasi che defosforila e attiva E1.

Questi due enzimi sono sottoposti a controllo allosterico. La chinasi è attivata da alti rapporti di [ATP/ADP], [NADH/NAD⁺] e [acetil-CoA/CoA]. Ciò ha come conseguenza l'inibizione di E1. Il piruvato è un potente inibitore della chinasi e quindi una sua elevata concentrazione attiva E1. Mg²⁺ e Ca²⁺ sono attivatori della piruvato deidrogenasi fosfatasi, quindi una loro alta concentrazione attiva E1. Questo è molto importante nel muscolo, dove il rilascio di Ca²⁺ durante la contrazione stimola così la produzione di energia.