20.4 Regulação do complexo piruvato desidrogenase

necessário para a esterificação dos ácidos graxos sintetizados, formando triacilgliceróis.

20.4 Regulação do complexo piruvato desidrogenase

O piruvato tem vários destinos possíveis no fígado: ser totalmente oxidado a CO 2 (via acetil-CoA e ciclo de Krebs), ser reduzido a lactato ou ser utilizado como precursor na síntese de lipídios (via acetil-CoA), de carboidratos (gliconeogênese) e de aminoácidos (transaminação). A ação do complexo piruvato desidrogenase (PD), transformando piruvato em acetil-CoA, limita os destinos do piruvato: a acetil-CoA só pode ser oxidada ou convertida a lipídios e, em situações particulares, a corpos cetônicos. O complexo enzimático conecta a glicólise ao ciclo de Krebs e à síntese de lipídios, desempenhando papel estratégico no controle da utilização de glicose como fonte de energia ou como substrato precursor na biossíntese de ácidos graxos e colesterol.

O complexo PD de mamíferos contém, além das três enzimas que

catalisam a oxidação de piruvato a acetil-CoA (Seção 9.2), duas enzimas reguladoras específicas, a piruvato desidrogenase quinase (PDK) e a piruvato desidrogenase fosfatase (PDP). Quando fosforilado pela quinase, o complexo torna-se inativo; a remoção do grupo fosfato pela fosfatase

reativa o complexo (Figura 20.9). Foram descritas várias isoenzimas da quinase e da fosfatase. A isoenzima considerada mais importante para a regulação de PD é PDK 4, que é especialmente abundante em músculos esqueléticos e cardíaco, e no fígado.

Figura 20.9 Regulação do complexo piruvato desidrogenase. A inibição do complexo por fosforilação é catalisada pela piruvato desidrogenase quinase (PDK); a atividade é restabelecida por hidrólise do grupo fosfato, acionada pela piruvato desidrogenase fosfatase (PDP). Acetil-CoA e NADH são os efetuadores alostéricos positivos da PDK e piruvato, o efetuador negativo. A insulina promove a síntese de PDP e reduz a de PDK, levando à ativação da piruvato desidrogenase.

Os mecanismos de regulação das PDKs incluem ativação alostérica por acetil-CoA e NADH, produtos da reação catalisada por PD e também da β-oxidação de ácidos graxos, e inibição por piruvato, o substrato do complexo. Este sistema de regulação controla a atividade de PD nos períodos fisiológicos de jejum, decorrentes da alimentação intermitente, e no exercício prolongado, quando há intensa oxidação de ácidos graxos e as razões acetil-CoA/CoA e NADH/NAD+ mitocondriais aumentam, estimulando a PDK 4; adicionalmente, no jejum, o efetuador alostérico negativo da PDK 4, o piruvato, é escasso — PD fica inoperante.

A inibição de PD por fosforilação catalisada por PDK 4 no jejum prolongado seleciona o substrato a ser preferencialmente consumido, glicose ou ácidos graxos: favorece a utilização de ácidos graxos e é crucial para a economia de glicose. Os ácidos graxos são oxidados por músculos esqueléticos e cardíaco, fígado etc., poupando glicose para as células dela estritamente dependentes, como as do cérebro e as hemácias. A inativação de PD facilita a oxidação de ácidos graxos por “economizar” piruvato para a formação de oxaloacetato, cuja oferta ao ciclo de Krebs permite oxidar acetil-CoA.

Tendo em vista que mamíferos não dispõem de vias para converter acetil-CoA em glicose, o bloqueio de PD permite preservar, além da própria glicose, compostos gliconeogênicos quando o açúcar é insuficiente. No fígado, o piruvato disponível pode formar oxaloacetato, que ganha acesso à gliconeogênese, então estimulada, sintetizando glicose. A acetil-CoA originada da degradação de ácidos graxos não só causa a supressão da oxidação de piruvato, como também estimula a carboxilação de piruvato a

oxaloacetato — a acetil-CoA é o efetuador comum às duas reações (Seção

14.2).

No jejum, as proteínas musculares são hidrolisadas e os aminoácidos são exportados como alanina, produzida por transaminação com piruvato

(Seção 17.2.1); a alanina é captada pelo fígado, onde é convertida a glicose

(Seção 14.2) e ureia (Seção 17.2.1). A inibição de PD, além de propiciar níveis adequados de piruvato, garante a remoção do nitrogênio dos aminoácidos dos músculos, cuja degradação é estimulada por glicocorticoides durante o jejum prolongado. No exercício intenso, a consequência adicional da estimulação de PDK 4 em músculos é direcionar o piruvato originado da glicólise para a formação de lactato, em vez de ser oxidado; o lactato pode ser utilizado subsequentemente para síntese de glicose no fígado.

Por outro lado, quando há grande disponibilidade de glicose, a ativação do complexo piruvato desidrogenase (PD) permite a síntese de ATP e de ácidos graxos a partir do açúcar. Muita glicose significa muita insulina e muito piruvato, o efetuador alostérico negativo das PDKs. Um dos efeitos da insulina, por intermédio da via da fosfatidilinositol 3-quinase (PI3K) e da proteína quinase B (PKB), é causar a fosforilação de fatores de transcrição e determinar mudanças opostas na expressão das enzimas reguladoras, reprimindo a transcrição das quinases e induzindo a das fosfatases. O resultado é a desfosforilação do complexo e a sua ativação. Novamente, PD tem papel fundamental na “decisão” entre a oxidação de glicose ou de ácidos graxos. A estimulação do complexo quando a glicose é abundante acaba por limitar a oxidação de ácidos graxos, devido à produção de malonil-CoA, um intermediário da síntese de ácidos graxos, que impede