piruvato deshidrogenasa

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BLOQUE III.- Metabolismo Metabolismo Metabolismo Metabolismo Metabolismo Metabolismo Metabolismo Metabolismo Tema 13. Tema 13. - - Glucolisis Glucolisis y destino del piruvato y destino del piruvato 1. Papel central de la glucosa en el metabolismo. Degradaci Degradaci ó ó n de glucosa por GLUCOLISIS: n de glucosa por GLUCOLISIS: Caracter Caracter í í sticas y reacciones sticas y reacciones Balance qu Balance qu í í mico y energ mico y energ é é tico ATP tico ATP Regulaci Regulaci ó ó n de la n de la glucolisis glucolisis Degradaci Degradaci ó ó n del piruvato en diferentes condiciones n del piruvato en diferentes condiciones Descarboxilaci Descarboxilaci ó ó n n oxidativa oxidativa Fermentaciones l Fermentaciones l á á ctica y ctica y etan etan ó ó lica lica Lanzaderas para equilibrar el poder reductor generado en el cito Lanzaderas para equilibrar el poder reductor generado en el cito plasma plasma PAPEL CENTRAL DE LA GLUCOSA EN EL METABOLISMO: - La glucosa es el principal combustible para la mayoría de organismos, ocupando una posición central en el metabolismo. - Su oxidación completa a CO2 y H2O produce gran cantidad de energía (2.840 kJ/mol). Se almacena en forma de polímeros (glucógeno, almidón, ) - Es un precursor extremadamente versatil, capaz de suministrar una gran cantidad de intermedios metabólicos, que son material de partida de muchos procesos biosintéticos

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Page 1: PIRUVATO DESHIDROGENASA

BLOQUE III.- MetabolismoMetabolismoMetabolismoMetabolismoMetabolismoMetabolismoMetabolismoMetabolismo

Tema 13.Tema 13.-- GlucolisisGlucolisis y destino del piruvatoy destino del piruvato

1. Papel central de la glucosa en el metabolismo.••DegradaciDegradacióón de glucosa por GLUCOLISIS:n de glucosa por GLUCOLISIS:

•• CaracterCaracteríísticas y reacciones sticas y reacciones �� Balance quBalance quíímico y energmico y energéético ATPtico ATP�� RegulaciRegulacióón de la n de la glucolisisglucolisis

•• DegradaciDegradacióón del piruvato en diferentes condicionesn del piruvato en diferentes condiciones•• DescarboxilaciDescarboxilacióónn oxidativaoxidativa•• Fermentaciones lFermentaciones lááctica y ctica y etanetanóólicalica

� Lanzaderas para equilibrar el poder reductor genera do en el citoLanzaderas para equilibrar el poder reductor genera do en el cito plasmaplasma

PAPEL CENTRAL DE LA GLUCOSA EN EL METABOLISMO:- La glucosa es el principal combustible para la may oría de organismos, ocupando una posición central en el metabolismo.- Su oxidación completa a CO2 y H2O produce gran can tidad de energía (2.840 kJ/mol). Se almacena en forma de polímeros (glucógeno, almidón, )

- Es un precursor extremadamente versatil, capaz de suministrar una gran cantidad deintermedios metabólicos, que son material de partid a de muchos procesos biosintéticos

Page 2: PIRUVATO DESHIDROGENASA

Tanto el almidón ( mecla de amilosa y de amilopectina .) como el glucógeno son hidrolizados por las enzimas αααα-amilasa (1 →→→→4) y glucosidasas (1 →→→→6).

DIGESTIÓN DE GLÚCIDOS

intracelular

Desde los ALIMENTOS

La αααα-amilasa (salivar y pancreática) y la glucosidasa (intestinal)

Los monosacáridos son los únicos glúcidos que se absorben a través de la mucosa intestinal con transporte activo

Page 3: PIRUVATO DESHIDROGENASA

Glucosa

Glucogenolisis

Glucolisis

Glucogenogénesis

Gluconeogénesis

Glucógeno

Piruvato

Lactato

Ruta pentosas-P

Ciclo ácidocítrico

TransporteElectrónico mitocondrial

Pentosas y Otros azúcares

Ciertos amino ácidos

Ácidos grasos

Glucolisis

LAS VÍAS METABÓLICAS

PARA LOS GLÚCIDOS O CARBOHIDRATOS

Degradaciónpiruvato

ESQUEMA QUE RELACIONA TODAS LAS VÍAS METABÓLICAS

Page 4: PIRUVATO DESHIDROGENASA

GLUCOLISIS:Ruta CATABÓLICA para la degradación de la glucosa a 2 piruvatos

- Características generales:

GLUCOSA

• Glucolisis o glicolisis es una ruta catabólica de 10 re acciones

enzim áticas: TRES IRREVERSIBLES

• Su función es la degradación de glucosa para la obten ción de

energía: 2 ATP y 2 NADH

• Se degrada una molécula de glucosa (C 6) hasta dos moléculas de

piruvato (C 3).

•Es una ruta metabólica universalmente distribuida en t odas las

células.

2 PIRUVATOS

Page 5: PIRUVATO DESHIDROGENASA

El producto de una reacciónes el sustrato de la siguiente

GLUCOLISIS

EL ATP es el cofactor DADOR deGRUPOS FOSFATO Yel ADP es el RECEPTOR de GRUPOSFOSFATO

EL NAD+ acepta electrones procedentes delos sustratos que se oxidany él se reduce a NADH

Las moléculas con cargano atraviesan la membranaplasmática

• 2 Fases y 10 Reacciones

• Sustratos : Hexosas-P y triosas-P

• Enzimas: deshidrogenasas

kinasas, isomerasas y mutasas

• Cofactores: NAD+ / NADH

• ATP / ADP

Page 6: PIRUVATO DESHIDROGENASA

GLUCOLISIS: reacciones

1.-Fosforilación de la glucosa

El ATP transfiere un Pi al OH del C6. de la glucosa. . Las moléculas con carga no atraviesan las membranas. La G6P no sale de las células.

hexoquinasa

Glucosa (G) Glucosa 6-P (G6P)

Fosfoglucosaisomerasa

Glucosa 6-P (G6P) Fructosa 6-P(F6P)

2.-Isomerización de la G-6-P

La aldosa (C1=O) se transformaen cetosa (C2 =O )

FASE 1: fase de inversión de energía

Page 7: PIRUVATO DESHIDROGENASA

GLUCOLISIS: reacciones

3.-Fosforilación de la F-6-P

El nuevo OH del C 1 es fosforilado por ATP.

Fosfofructoquinasa 1

Fructosa 6-P (F6P) Fructosa 1, 6-P (FBP)

4.-Ruptura aldólica de la F-B-P

Se forman dos triosas, isómeros:

-gliceraldehido3-fosfato (G3P) y-dihidroxiacetona-fosfato (DHAP). Fructosa 1, 6-P (FBP)

Aldolasa

DihidroxiAcetonaFosfato(DHAP)

Gliceraldehido3-fosfato (G3P)

Page 8: PIRUVATO DESHIDROGENASA

GLUCOLISIS: reaccionesLa segunda fase de la glucolisis parte desde el Gal-3-P

6.-Oxidación y fosforilaciónSe genera NADH y un enlacefosfato de alta energía Gliceraldehido

3-fosfato (G3P)1,3-bisfosfo

glicerato (BPG)

Gliceraldehido 3-Pdeshidrogenasa

5.-Isomerización del DHAP a G3PLa dihidroxiacetona-fosfato (DHAP)se isomeriza agliceraldehido3-fosfato (G-3P).

Solo el G-3P sigue la glicolisis.

Triosa fosfatoisomerasa

Gliceraldehido3-fosfato (G3P)

Dihidroxiacetona-fosfato (DHAP)

El aldehido se oxida y se fija el grupo fosfato, for mando un enlace de alta energía: enlace ACIL-FOSFATO

FASE 2: fase de obtención de beneficios

Page 9: PIRUVATO DESHIDROGENASA

GLUCOLISIS: reacciones para recoger energía

Fosfogliceratoquinasa

1,3-bisfosfoglicerato (BPG)

3-fosfoglicerato(BPG)

Fosfogliceratomutasa

3-fosfoglicerato(3PG)

2-fosfoglicerato(2PG)

7.-Fosforilación a nivel de sustrato

Se transfiere un Pi desde el 1,3-BPG, con un enlace de alta energía, al ADP.

8.-Isomerización

El Pi del C 3, de no muy alta energía,se traslada al C 2, a través de unintermedio bisfosforilado (2,3-BPG)

1ª reacción de conservación de la energía

El enlace ACIL-FOSFATO es de alta energía y ésta se conserva en forma de ATP

Page 10: PIRUVATO DESHIDROGENASA

GLUCOLISIS: reacciones para recoger energía

2-fosfoglicerato(2PG)

Fosfoenolpiruvato

(PEP)

Enolasa

9.-Deshidratación

Se separa una mol. de H 2O y segenera un enlace enol-fosfatode alta energía

Fosfoenolpiruvato

(PEP)

piruvato(PIR)

Piruvatoquinasa

DG’ = -31.4kJ/mol

10.-Fosforilación a nivel de sustrato

Se transfiere un Pi desde el PEP, con un enlace de alta energía, alADP.

El enlace ENOL-FOSFATO es de alta energía

2ª reacción de conservación de la energía en forma d e ATP

Page 11: PIRUVATO DESHIDROGENASA

GLUCOLISIS: balance de la ruta

BALANCE químico y energético de la glucolisis:

Glucosa + 2 ADP + 2Pi + 2 NAD+ ------> 2 piruvato + 2 ATP + 2 NADH + 2H+

La glucolisis se produce en el citoplasma y los NADH formados no pueden descargar sus e-en el T.E.M. que actúa en el interior mitocondrial. ���� LANZADERAS o FERMENTACIÓN

glucosa 2 moléculasde piruvato

Además se forman 2 moléculas de ATPy 2 moléculas de NADH

RESULTADO DE LA GLUCOLISIS

Page 12: PIRUVATO DESHIDROGENASA

REGULACIÓN de la GLUCOLISIS

hexokinasa

Fosfofructokinasa 1

piruvatokinasa

La regulación de la ruta recae sobre las tres enzimas que catalizan las tres reacciones irreversibles.Son tres kinasas:Son moduladas por el nivel de ciertos metabolitos y por modificación covalente (fosforilación)

Page 13: PIRUVATO DESHIDROGENASA

REGULACIÓN GLUCOLISIS:(1) Hexokinasa y características de la glucokinasa

G-6-P Producto de la reacción

• GLUCOKINASA• Isoenzima en hígado,• + Específica para glucosa• KM mayor para la glucosa y• No inhibida por G6P

•Su existencia permite al hígado retirar glucosa de la sangre cuando su concentración es muy alta

Glucosa glucosa-6-Phexokinasa

glucokinasa

glucosa

Activa

inhibe

Page 14: PIRUVATO DESHIDROGENASA

La PFK-1 se activa con F-2,6-BP, el producto de la PFK-2

Fructosa-2,6-bisfosfato(F-2,6-BP)

ENZIMA BIFUNCIONAL

PFK-2 F2,6-BP

Fructosa-2,6-bisfosfato

Fructosa-1,6-bisfosfato

Fructosa-6-fosfato

La actividad de la enzima bifuncionalPFK-2/F2,6-BF está controlada por la acción hormonal, que desencadena la fosforilación y la defosforilación de la enzima, alterando la actividad de la enzima con ello.

Page 15: PIRUVATO DESHIDROGENASA

Resumen de la degradación del Pivuvato

Fermentación a alcohol en levaduras

Glucosa

4 CO2 + H2O

2 Actil-CoA

2 etanol + 2 CO2

2 piruvato

2 lactato

Fermentación a lactato en músculo en

contracción vigorosa, eritrocitos, otras células

y en algunos microorganismos

Glucolisis10 reacciones consecutivas

Ciclo del

ácido cítrico

Animales, plantas, y muchas células microbianas bajo condiciones aeróbicas

Condiciones anaeróbicas

Condiciones anaeróbicas

Condiciones aeróbicas

En células tumorales:http://sebbm.es/BioROM/contenido/UCM/sit_fisiopat/glucolisis-cancer/index.htm

T 13.- METABOLISMO DEL PIRUVATO

Page 16: PIRUVATO DESHIDROGENASA

El piruvato formado en la GLUCOLISIS se degrada en función de las condiciones:ANAEROBIAS: Fermentaciones (1,2) AEROBICAS: Descarboxilación oxidativa (3)

Piruvato

Lactato Acetil-CoAAcetaldehido

Etanol PosteriorOxidaciónen el C.A.T.

O2

O2

O2

O2

Lactato

13

2

piruvato

Page 17: PIRUVATO DESHIDROGENASA

Las 2 reacciones de reducción del Piruvato en los procesos fermentativos

LactatoPiruvato

Lactato deshidrogenasa

Piruvato EtanolAcetaldehido

Piruvato descarboxilasa

Alcoholdeshidrogenasa

FERMENTACIÓN LÁCTICA

FERMENTACIÓN ALCOHÓLICA

Page 18: PIRUVATO DESHIDROGENASA

1.-FERMENTACIÓN LACTICAen condiciones anaeróbicas (músculo y microorganismos ).

regeneraciónNAD+

glucosa

glic

olis

is

2 piruvato

2 lactato

Acoplamiento de la oxidación del NADH hasta NAD+ con la reducción delPiruvato a lactato;

la glicolisis necesita NAD+ disponible para la Gal-3-P deshidrogenasa

Piruvato + NADH Lactato + NAD +

Resumen de la fermentación láctica

El ácido láctico es producido en los músculos con el ejercicio y por bacteriasLactato

deshidrogenasa

RegeneracionNAD+

lactato

Page 19: PIRUVATO DESHIDROGENASA

Acoplamiento de la oxidación del NADH a NAD+ con la reducción delacetaldehido a etanol;

la glicolisisnecesita NAD+Disponible para la Gal-3-P deshidrogenasa

2.-FERMENTACIÓN ALCOHÓLICAmicroorganismos fermentativos en condiciones anaeróbicas

glucosa

2 piruvato

etanol

RegeneracionNAD+

acetaldehido

Page 20: PIRUVATO DESHIDROGENASA

3.- Descarboxilación oxidativa del Piruvatoen condiciones aerobias -------���� Acetil-CoA

REACCIÓN COMPLEJA:Descarboxilación oxidativa del piruvatoEnzima: PIRUVATO DESHIDROGENASACoenzimas solubles: NAD+ se reduce a NADH

CoA-SH se lleva el acetilo

ComplejoPiruvatodeshidrogenasa

Piruvato

Glucosa

Acetil-CoA

Lípidos

Page 21: PIRUVATO DESHIDROGENASA

PIRUVATO DESHIDROGENASAComponentes del complejo: 3 enzimas y 5 coenzimas

Coenzimas solublesCoA-SHNAD+

Coenzimas unidos a Enzimas(GRUPOS PROSTÉTICOS)E1- TPPE2- LipoamidaE3 - FAD

-TPP-Lipoamida

- FAD

Descarboxilación oxidativaTrans-acetilación

Oxidación H 2-lipoamida

E1- piruvato deshidrogenasa -E2- Lipoil-transacetilasa -E3- Dihidrolipoamida deshidrogenasa -

Cristales de PDH

Microfotografía al M.E. del complejo PDH procedente de músculo

Modelo de la estructura del complejo PDH, donde se recogen los 3 tipos de subunidades, cada una con su coenzim a

La E1-TPP cataliza la descarboxilación del piruvato y el OH-etil queda unido a la TPP

Page 22: PIRUVATO DESHIDROGENASA

PIRUVATO DESHIDROGENASA: mecanismo de actuación

- TPP- Lipoamida- FAD

E1 = Piruvato deshidrogenasaE2 = Dihidrolipoil transacetilasaE3 = Dihidrolipoil deshidrogenasa

Dihidrolipoamida

Lipoamida

piruvato

Hidroxi-etil-TPP

Acetil hidrolipoamida

Acetil-CoA

CoE. solubles•CoA-SH•NAD+

Toda la reacción se produce en el entorno

del complejo

PDH, actuando en cada

paso una de las

enzimas

Page 23: PIRUVATO DESHIDROGENASA

Descripción del mecanismo de acción de la PIRUVATO DH

1º.- Actuación de la E1-TPP (La E1 es Piruvato deshidrogenasa )El piruvato se descarboxila y el fragmento de 2 carb onos (carbanión) se transfiere al anillo de tiofeno (TPP), formándose el hidroxi-etil-TPP .

2º.- Transferencia del hidroxietilo de la E1-TPP a la E2-LipoamidaLa E2 es Dihidrolipoil-transacetilasa y tiene unida la LipoamidaEn la transferencia desde E1 a E2, el hidroxi-etilo se oxida a acetilo, a la par que e l puente disulfuro de la lipoamida se reduce a dihidro -lipoamida, aunque como ésta resulta acetilada, el producto es acetil-hidro-lipoamida

3º.- Transferencia del acetilo desde la E2-hidro-Lipoamida a la CoA-SHEl grupo acetilo de la acetil-lipoamida (enlace tio-acilo) se transfiere a la CoA-SH, para formar Acetil-S-CoA (enlace tio-acilo).La Lipoamida queda reducida como Dihidro-lipoamida.

4º.- Oxidación de la H2-lipoamida por E3-FAD ( Coenzima de la E3)La E3 (Dihidrolipoil-deshidrogenasa) es una flavoenzima , cuyo FADH2 se oxidará después por el NAD+ (coenzima soluble) que se reduce a NADH + H+

Page 24: PIRUVATO DESHIDROGENASA

Glositis, Queilitisangular y Dermatitis seborreica

FMN, FADRiboflavinaB2

Espina bífidaTHFFolatoB9

EscorbutoAscorbatoC

Anemiaperniciosa

CianocobalaminaCobalaminaB12

BiotinaBiotinaB7 o H

Anemia(Isoniacina)

Piridoxal-PPiridoxinaB6

Neurodegeneración(pantotenato kinasa)Coenzima APantotenatoB5

Pelagra (3D)NADH, NADPHNiacina o Ac. Nicotínico

B3

Beriberi (cascara arroz)

Tiamina-PPTiaminaB1

PATOLOGÍA (por carencia)

Forma de COENZIMACOMPUESTO QUÍMICO

Nombre de la VITAMINA

Page 25: PIRUVATO DESHIDROGENASA

Piruvato

Acetil-CoA

Succinil-

Cetoglutarato

Isocitrato

Citrato

Oxalacetato

Malato

PIRUVATO DESHIDROGENASARegulación alostérica y por fosforilación/defosforilación

PDHEl complejo estáregulado de dos maneras:

• inhibición alostérica por metabolitos:

Inhibido por ATP, Acetil-CoA y NADH y Activado por AMP, CoA y NAD+, cuando las necesidades energéticas son elevadas

• Modificación covalente: Inhibido por fosforilación en E1 y activado por defosforilación.

Page 26: PIRUVATO DESHIDROGENASA

PIRUVATO DESHIDROGENASARegulación covalente por fosforilación/defosforilación, en mamíferos

La PDH fosforilada(PDH-P) es inactiva y la defosforilaciónla activa de nuevo.

La PDH es estimulada (PDH a)por la insulina, piruvato y AMP/ADP, que inhiben a la PDH-kinasa ,

pero es inhibida (no se forma PDH b)por el ATP, NADH y acetil-CoA, que activan a la PDH-kinasa .

Page 27: PIRUVATO DESHIDROGENASA

Dihidroxiacetonafosfato

Glicerol3-fosfato

Glicerol-3-fosfato Deshidrogenasacitoplasmática

Glicerol-3-fosfato Deshidrogenasa

mitocondrialCitoplasma

Matriz

Lanzadera del glicerol-P

Por cada NADH citoplásm. que se oxida por esta vía se obtienen 1,5 ATP.

Page 28: PIRUVATO DESHIDROGENASA

Lanzadera del malato-aspartato

Por cada NADH citoplásm. que se oxida por esta vía se obtienen 2,5 ATP.

αααα-cetoglutarato

Oxalacetato

Oxalacetato

Glutamato

Aspartato

αααα-cetoglutarato

Citoplasma

Malato

Glutamato

AspartatoMatriz Malato

transaminasa

transaminasa

Malatodeshidorgenasa

Malatodeshidorgenasa