Complesso della piruvato deidrogenasi: la formazione dell'acetil-CoA passa da qui

Il complesso della piruvato deidrogenasi è un complesso enzimatico indispensabile per la ossidazione del piruvato, ottenuto dalla glicolisi, in acetil-CoA ed anidride carbonica. Si trova nei mitocondri delle cellule eucariotiche e nel citosol di quelle procariotiche. L'acetil-CoA ottenuto entrerà successivamente nel ciclo di Krebs.

La reazione complessiva catalizzata dal complesso della piruvato deidrogenasi è la decarbossilazione ossidativa, un processo irreversibile che consiste nella rimozione di anidride carbonica dal piruvato, con i due atomi di C che restano che diventano il gruppo acetilico legato al CoA. Il NADH formato in questa reazione porta uno ione idruro con i suoi elettroni alla catena respiratoria.

piruvato + CoA + NAD+ -> acetil-CoA + CO2 + NADH + H+

La natura irreversibile della reazione è stata dimostrata anche utilizzando l'anidride carbonica marcata, che ha confermato l'impossibilità di potersi riattaccare all'acetil-CoA per formare nuovamente il piruvato.

I 5 cofattori enzimatici ed i 3 enzimi

Trattandosi di un complesso enzimatico possiamo riconoscere la presenza di 5 cofattori enzimatici e 3 enzimi. I cofattori sono:

1. tiamina pirofosfato: portatore di idrossietile
2. flavin adenin dinucleotide: agente ossidante per la ossidazione della lipolisina per la ripetizione del processo
3. coenzima A: trasportatore di gruppi acilici
4. nicotinamide adenin dinucleotide: ossida il FADH2 per la ripetizione del processo
5. lipoato: presenta due gruppi tiolici, entrambi essenziali per la sua attività di cofattore. Nella sua forma ridotta, il lipoato, presenta due atomi di zolfo sottoforma di gruppi -SH, mentre l'ossidazione produce un ponte disolfuro

A questi si aggiungano molte copie dei tre enzimi piruvato deidrogenasi (E1), diidrolipoil transacetilasi (E2) e diidrolipoil deidrogenasi (E3). Il numero di copie di ogni subunità varia da un organismo all'altro, per cui la dimensione del complesso è abbastanza varia. In E. coli, per esempio, sono presenti 24 copie di E1, 24 copie di E2 e 12 copie di E3. Per quanto riguarda il complesso della piruvato deidrogenasi isolato dai mammiferi, sono state trovate 60 copie di E2 e 6 copie di una proteina correlata, definita proteina X, che contiene lipoato legato covalentemente. Il legame del lipoato all'estremità della catena laterale di un residuo di Lisina di E2, produce un braccio lungo e flessibile che può trasportare gruppi acilici da un sito attivo all'altro nel complesso della piruvato deidrogenasi.

Fanno parte del complesso anche due proteine regolatrici: piruvato deidrogenasi chinasi e piruvato deidrogenasi fosforilasi.

Le tappe della reazione

1. Il piruvato reagisce con la tiamina pirofosfato legata alla piruvato deidrogenasi (E1) andando incontro a decarbossilazione e formando un derivato idrossietilico.
2. Il derivato idrossietilico viene ossidato ad acido carbossilico (acetato). I due elettroni rimossi nella reazione vanno a ridurre il ponte disolfuro del gruppo lipoilico su E2 formando due gruppi -SH. 
3. L'acetato così prodotto vien prima esterificato a uno dei due gruppi -SH del gruppo lipoilico e poi transesterificato a CoA, formando acetil-CoA.
4. La diidrolipoil transacetilasi (E2) catalizza il trasferimento di due atomi di idrogeno dal gruppo lipoilico ridotto di E2 al gruppo prostetico FAD di E3, ripristinando la forma ossidata della lipoillisina di E2.
5. Il FADH2 ridotto sull'enzima E3 trasferisce uno ione idruro al NAD+, formando NADH. Il complesso enzimatico è pronto per un altro ciclo.

Dato che trovare video in italiano è difficile, vi propongo questi due in inglese fatti davvero bene. Buona visione.

Mutazioni del gene del complesso della piruvato deidrogenasi o deficienze di tiamina nella dieta sono deleterie per l'organismo. Gli animali privi di tiamina non sono in grado di ossidare il piruvato, processo particolarmente importante nel cervello.