9 decarboxilarea oxidativ-é a piruvatului.pptx
Post on 25-Oct-2015
293 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
Decarboxilarea oxidativă a piruvatului
Cursul 9
Decarboxilarea oxidativă a piruvatului definiție: este etapa premergătoare ciclului citratului, care permite
metabolizarea glucidelor și a unor aminoacizi (Ala, Ser, Cys, Gly, Thr) prin ciclul citratului
localizare: mitocondrie
procesul metabolic este catalizat de un complex multienzimatic, având un aranjament spațial rigid, denumit complexul piruvat dehidrogenaza
Decarboxilarea oxidativă a piruvatului structura complexului piruvat dehidrogenaza: E1 - piruvat dehidrogenaza (decarboxilantă)
are ca grupare prostetică tiamin pirofosfat (TPP) E2 – dihidrolipoil transacetilaza
are ca grupare prostetică acidul lipoic și coenzima A E3 – dihidrolipoil dehidrogenaza are ca grupare prostetică FAD, NAD+
de remarcat este faptul că structura complexelor decarboxilării oxidative a altor a-cetoacizi este identică, având 3 enzime, aceleaşi coenzime, și catalizând aceleași tipuri de reacţii biochimice
Decarboxilarea oxidativă a piruvatuluiMecanismul chimic – prezentare globală
Decarboxilarea oxidativă a piruvatuluiSurse de piruvat
degradarea pe cale glicolitică a monozaharidelor: glucoza, fructoza, manoza, galactoza
catabolismul unor aminoacizi: glicina, alanina, cisteina, treonina, serina
H2N
H3C
CH2
N
N
H+
C C
SC
+N
H3C CH2
CH2
OO-P
O-O
OP
OH
O
-
Decarboxilarea oxidativă a piruvatuluiMecanismul chimic
Etapa 1
în prima subetapă, piruvatul este atașat la coenzima enzimei 1 – E1, tiamin pirofosfat – TPP, prin atacul nucleofil al carboanionului tiazolic
în subetapa a 2-a, piruvatul aparținând complexului format inițial pyr-TPP-E1, este decarboxilat, rezultând hidroxietil-TPP-E1
Decarboxilarea oxidativă a piruvatuluiMecanismul chimic
Etapa 2
hidroxietilul intermediar este oxidat până la acetat sub acțiunea E1, prin transferul acestuia la forma oxidată a acidului lipoic
se reface TPP-E1, care poate relua reacţia 1
Decarboxilarea oxidativă a piruvatuluiMecanismul chimic
Etapa 3 acetatul legat sub formă
tioesterică la catena acidului lipoic, se transferă la CoA-SH sub acțiunea E2
acetil-CoA este produsul principal al procesului chimic, substrat pentru ciclul Krebs
energia necesară formarea tioesterului, compus macroergic, este furnizată de oxidarea hidroxietilului
Decarboxilarea oxidativă a piruvatuluiMecanismul chimic
Etapa 4
forma sulfhidril a acidului lipoic este oxidată de dihidrolipoil-dehidrogenaza FAD-dependentă – E3, astfel se reface forma oxidată a acidului lipoic
FAD FADH2
Decarboxilarea oxidativă a piruvatuluiMecanismul chimic
Etapa 5 flavoproteina redusă este
oxidată sub acțiunea E3, proces chimic desfășurat în paralel cu reducerea NAD+
astfel, FAD-E3 se reface
FADH2 FAD
E3
FADH2
E3
FAD
SH
SH
NAD+
NADH+H+
E3
S
S
FAD
S
S
E3
E3 redusă E3 oxidată
NAD+ NADH H+
Decarboxilarea oxidativă a piruvatuluiOtrăvirea complexului a-cetoacid-dehidrogenaza
intoxicația cu arsenic determină inhibiția ireversibilă (otrăvire) a enzimelor care au ca coenzimă acidul lipoic, astfel acesta nu își poate realizează funcția coenzimatică
complexul multienzimatic piruvat dehidrogenaza complexul multienzimatic α-cetoacid-dehidrogenaza
reacția chimică:
Decarboxilarea oxidativă a piruvatului
Otrăvirea complexului α-cetoacid-dehidrogenază
Deficitul de
piruvat-dehidrogenază
legarea covalentă a arseniului la nivelul acidului lipoic, coenzima E2 din
complexul multienzimatic pyr-DH , este urmată de acumularea de acid piruvic
piruvatul acumulat, sub acțiunea piruvat dehidrogenazei, este transformat în lactat
deficitul E1 din complexul pyr-DH este cea mai frecventă cauză a acidozei lactice cu determinism genetic
efectul metabolic al acestei deficiențe este transformarea piruvatului în lactat, compus cu efecte ”toxice”
Decarboxilarea oxidativă a piruvatuluiDeficitul de
piruvat-dehidrogenază
Deficitul de
piruvat-dehidrogenază
tulburările interesează în special țesutul nervos, care are ca principală sursă energetică ciclul Krebs
simptomele sunt variate: deficiența de dezvoltare a SNC, spasticitate musculară, moarte prematură
deficitul enzimei E2 se transmite dominant X-linkat, afectând în egală măsură femeile și bărbații
nu există tratament specific pentru deficitul de pyr-DH
Decarboxilarea oxidativă a piruvatuluiOtrăvirea complexului a-cetoacid-dehidrogenaza compuşii conținând arseniu au toxicitate mai mare faţă de
microorganisme decât faţă de oameni
această toxicitate a fost folosită în terapia unor boli cum ar fi sifilisul ( actualmente acestea se tratează cu antibiotice), tripanozomiazele (tripanozomii sunt o familie de protozoare parazite – exemplu: musca țețe poate fi vector al acestor protozoare)
compuşi arseno-organici au fost printre primele antibiotice folosite în terapie, dar au prezentat însă efecte secundare severe (apariția diferitelor tipuri de cancer cutanat)
Decarboxilarea oxidativă a piruvatului
REGLAREA ALOSTERICĂ
prin produșii de reacție: acetil CoA, NADH H+
excesul de acetil-CoA blochează enzima E2 prin menţinerea ei în formă acetilată (acetil-dihidrolipoamidă-E2)
E2 devine incapabilă să accepte gruparea hidroxietil de la hidroxietil-TPP·E1 care rămâne blocată în această formă
rezultatul metabolic este blocatea etapelor ulterioare
Decarboxilarea oxidativă a piruvatului
REGLAREA ALOSTERICĂ
excesul de NADH H+ blochează enzima E3 prin menţinerea ei în formă redusă, incapabilă să accepte cei doi electroni și doi protoni de la coenzima enzimei E2 care rămâne blocată sub formă acetilată
întrucât cantitatea de E1 este mică se va acumula piruvatul
FADH2
E3
FAD
SH
SH
NAD+
NADH+H+
E3
S
S
FAD
S
S
E3
E3 redusă E3 oxidată
Decarboxilarea oxidativă a piruvatului piruvatul este substrat atât pentru procesul de
decarboxilare oxidativă a α-cetoacizilor, dar și pentru gluconeogeneză
participarea la una dintre aceste căi metabolice este condiționată de starea energetică a organismului, în special a sistemul nervos central, care nu poate folosi decât glucoză în scop energetic
în situația deficitului energetic pentru SNC, piruvatul parcurge reacțiile gluconeogenezei, iar necesarul energetic al țesuturilor gluco-independente va fi satisfăcut prin degradarea altor compuși (aminoacizi, acizi grași)
Decarboxilarea oxidativă a piruvatului
REGLAREA COVALENTĂ
prin trecerea reversibilă a enzimei de la forma fosforilată la cea defosforilată
pyr-DH kinazaAMPc independentă
ACTIVATORI
NADH H+
acetil CoA
INHIBITORI
Pyr, ADP, NAD+
Ca2+, Mg2+, CoASH
Ciclul acizilor tricarboxilici(Ciclul Krebs)
Ciclul Krebs definiție: reprezintă o succesiune de 8 reacții chimice prin
parcurgerea cărora fragmentul acetil CoA este oxidat până la CO2
localizare: mitocondrie
întregul echipament enzimatic al ciclului Krebs se găsește în matricea mitocondrială cu excepția succinat dehidrogenazei, care este „îngropată" în membrana internă mitocondrială
Ciclul KrebsMecanismul chimic – prezentare globală
COO-
O
CCH3
CH3
O
C S CoA
piruvat dehidrogenaza
CoASH+NAD+
CO2 NADH+H++
COO-
C O
CH2
*COO-
*COO-
CH2
OC
COO-
CH2
CH2
COO-
C
CH2
*COO-
COO-HO
HO
CH2
C
COO-
H
COO-
CH
HCCOO-
*COO-
C
COO-
CH2
CH
CH2
COO-
C
*COO-
COO-H
HO C H
C
H COO-
*COO-
C
COO-
CH2
O
COO-
CH2
CH2
CH2
CH2
COO-
COO-
C O
S CoA
COO-
COO-
H2O CoASH
NAD+
NADH+H+CO2
CoASH
NAD+NADH+H+
CoASH
GTP
GDP+Pi
ADP+Pi
ATP
FADH2
FAD
NAD+
NDAH+H+
piruvat
acetil-CoA
oxaloacetat
citrat
cis-aconitat
isocitrat
oxalsuccinat
-cetoglutarat
succinil-CoA
succinat
fumarat
L-malat
1.Citrat sintaza
H2O
H2O
2.Aconitaza
2.Aconitaza
3.Isocitrat dehidrogenaza
3.Isocitrat dehidrogenaza
4.Cetoglutarat dehidrogenaza
5.Succinil-CoA sintetaza
6.Succinat dehidrogenaza
H2O
7.Fumaraza
8.Malat dehidrogenaza
CO2
CICLUL
ACIDULUI CITRIC
*
Ciclul KrebsMecanismul chimic reacția 1 – condensarea
acetil-CoA cu oxalacetatul, intermediar al ciclului Krebs
reacția este ireversibilă
produsul de condensare este citratul, un acid tricarboxilic
enzima care catalizează reacția este citrat sintaza
Ciclul KrebsMecanismul chimic reacția 2 – conversia
citratului în izocitrat
reacția este reversibilă
enzima care catalizează reacția este aconitaza
Ciclul KrebsMecanismul chimic reacția 2 – conversia citratului în izocitrat
aconitaza conține un complex (4Fe-4S) ionul de Fe2+ joacă un rol deosebit în această reacţie, el
formează cu citratul un chelat (complex intern) stabilacest chelat este necesar pentru activitatea enzimei
doze mari de fluoruri, fac ca acesta să reacţioneze cu acidul citric formându-se acidului monofluorocitric, care nu mai participă la reacţiile ciclului citric întrerupând desfășurarea ciclul Krebs
lipsa producerii de energie are drept consecinţă moartea celulei
acidul monofluorocitric este un inhibitor puternic al aconitazei
Ciclul KrebsMecanismul chimic reacția 3 – oxidarea și
decarboxilarea izocitratului
reacția este ireversibilă
reacția este catalizată de izocitrat-dehidrogenaza
Ciclul KrebsMecanismul chimic reacția 3 – oxidarea și
decarboxilarea izocitratului
există două izoenzime ale izocitrat dehidrogenazei
izoenzima implicată în ciclul citric este NAD+ dependentă găsindu-se numai în matricea mitocondrială
cea de a 2 izoenzimă este NADP+ dependentă și se găseşte atât în matricea mitocondrială cât şi în citosol, sursă de NADPH H+ necesar proceselor anabolice
Ciclul KrebsMecanismul chimic reacția 4 – decarboxilarea
oxidativă a α-cetoglutaratului
reacția este ireversibilă
reacția este catalizată de complexul multienzimatic αCG-DH format din:
α-cetoglutarat dehidrogenază (E1)
dihidrolipoil transsuccinază (E2)
dihidrolipoil dehidrogenază (E3)
Ciclul KrebsMecanismul chimic reacția 5 – transformarea
succinil-CoA în succinat
reacția este reversibilă reacția este catalizată de
succinil-CoA sintetaza, numită și succinat tiokinaza, în funcție de sensul de citire al reacțiilor
FOSFORILARE LA NIVEL DE SUBSTRAT
Ciclul KrebsMecanismul chimic reacția 6 –
dehidrogenarea succinatului
reacția este reversibilă
reacția este catalizată de succinat dehidrogenaza,
singura enzimă a ciclului citric care este asociată membranei interne mitocondriale
enzima conţine câteva complexe [Fe-S] care intermediază trecerea electronilor de la FADH2 la transportorii de electroni ai lanţului respirator
Ciclul KrebsMecanismul chimic reacția 7 – hidratarea
fumaratului
reacția este reversibilă
reacția este catalizată de fumarază
fumaraza are specificitate absolută, adică ea catalizează hidratarea fumaratului, dar nu şi a maleatului, izomerul cis al fumaratului
în sens invers, fumaraza catalizează numai deshidratarea L-malatului nu şi a D-malatului.
Ciclul KrebsMecanismul chimic reacția 8 –
dehidrogenarea malatului reacția este reversibilă
reacția este catalizată de malat dehidrogenaza
deşi această reacţie este endergonică, ea este deplasată in vivo spre dreapta datorită îndepărtării rapide a produşilor de reacţie, oxalacetatul în reacţia 1 şi NADH H+ în lanțul respirator
Ciclul KrebsReglare
reglarea ciclului citric asigură producerea de intermediari, dar şi de produşi finali, astfel încât să se menţină starea de echilibru a celulelor şi a evita supraproducţia neeconomică de metaboliţi
enzimele cheie ale ciclului citric sunt controlate aproape exclusiv pe 3 căi simple:
A. disponibilitatea substratului B. inhibiţia prin acumulare de produşi, C. feed back negativ competitiv
Ciclul KrebsReglare
Ciclul KrebsReglare
Ciclul KrebsReglare
Ciclul KrebsCaracterul amfibolic al ciclului citric este conferit de faptul că este o CALE DE DEGRADARE a
glucidelor, lipidelor și proteinelor, dar și una ANABOLICĂ furnizând precursori necesari unor procese de biosinteză
PRINCIPALELE REACȚII ANABOLICE:sinteza glucozei pornind de la malat, etapă desfășurată în
citosolbiosinteza acizilor grași și colesterolului pornind de la acetil
CoA, proces citosolarbiosinteza aminoacizilor utilizând intermediarii ciclului Krebs: aminare reductivă a αCG transaminarea αCG și OA, intermediari ai CK biosinteza hemului pornind de la succinil CoA
Ciclul KrebsCaracterul amfibolic al ciclului citric
Ciclul KrebsReacțiile anaplerotice reacțiile anaplerotice reîncarcă CK pornind de la precursori
necitrici principala reacție anaplerotică este carboxilarea piruvatului,
catalizată de piruvat carboxiligaza, biotin dependentă:Pyr + CO2 + ATP + H2O → OA + ADP +Pi
carboxilarea PEP în mușchii scheletici și miocard este catalizată de PEP carboxikinaza, biotin dependentă:
PEP + CO2+ GDP ↔OA + GTP diferite căi metabolice produc intermediari ai CK:β oxidarea acizilor grași cu număr impar de atomi de Cdegradarea Val, Ile, Met
propionil-CoA+ CO2 + ATP → succinil-CoA + ADP +Pi propionil-CoA carboxilaza
degradarea Phe, Tyr și respectiv Asp conduce la formarea de fumarat și acetoacetat, respectiv OA
top related