Il processo di ossidazione del glucosio o glicolisi porta alla produzione di due molecole di piruvato, di ATP e di NADH per molecola di glucosio ossidata. Il piruvato può seguire due direzioni differenti: in condizioni anaerobie, viene sottoposto a fermentazione, in condizione aerobie è coinvolto nel ciclo degli acidi tricarbossilici o ciclo di Krebs.
In condizioni aerobie, la prima reazione in cui è coinvolto il piruvato è l’ossidazione ad acetil-coenzima A (acetil-CoA), che è l’intermedio che entra effettivamente nel ciclo di Krebs. Questa reazione è catalizzata da un complesso multienzimatico detto della piruvato deidrogenasi, formato da molte copie di tre enzimi: piruvato deidrogenasi (E1), diidrolipoil transacetilasi (E2), diidrolipoil deidrogenasi (E3); inoltre fanno parte del complesso due proteine regolatrici, una chinasi, detta piruvato deidrogenasi chinasi, e una fosfoproteina fosfatasi, definita piruvato deidrogenasi fosfatasi.
Il complesso della piruvato deidrogenasi è fortemente inibito da ATP, acetil-CoA, NADH, cioè i prodotti di reazione, e dagli acidi grassi a catena lunga. Viceversa, AMP, CoA e NAD+, tutti componenti la cui concentrazione tende ad aumentare quando il ciclo non lavora a pieno regime, attivano allostericamente il complesso. Questa attività enzimatica è spenta quando sono disponibili grandi quantità di acidi grassi o acetil-CoA, i principali substrati del ciclo di Krebs, e quando i rapporti di concentrazione per ATP/ADP e NADH/NAD+ sono elevati, indice del fatto che i prodotti principali del ciclo di Krebs, ATP e NADH appunto, sono presenti in sufficiente quantità e non è necessario che il ciclo venga attivato.
Oltre alla regolazione allosterica, questi meccanismi sono completati da una regolazione di tipo covalente, che prevede una fosforilazione reversibile di uno specifico residuo di serina (Ser) su una delle due subunità di E1. Questa fosforilazione, che ha effetto inibitorio, è catalizzata dalla piruvato deidrogenasi chinasi, che è attivata allostericamente da ATP: quando i livelli di ATP sono alti, cioè vi è energia a sufficienza, l’attività della chinasi è alta, mentre in presenza di bassi livelli di ATP, l’attività diminuisce, a vantaggio della piruvato deidrogenasi fosfatasi, che può idrolizzare i gruppi fosfato presenti su E1 e attivarla. In contrasto con quanto accade per il sistema del controllo del metabolismo del glicogeno, l’attività della piruvato deidrogenasi non è influenzata dal cAMP.
Fonti:
Nelson, Cox, “I principi di biochimica di Lehninger”, Zanichelli
Voet D., Voet J., Pratt, “Fondamenti di biochimica”, Zanichelli
Da: http://www.biochemistry.iupui.edu/newsletter/index2005.htm
Structure of Pyruvate Dehydrogenase Kinase by Dr. Nic Steussy
