Bioquímica Básica
9.3 Conversão de piruvato a acetil-CoA
O requerimento de ADP e Pi para a síntese de ATP faz antecipar um aspecto da regulação da glicólise em células de mamíferos. Tendo em vista que as quantidades celulares de ADP são restritas, a continuidade da via fica atrelada à utilização de ATP por processos que requerem energia e originam ADP e Pi.
A glicólise, como praticamente todas as vias metabólicas, é estritamente regulada, por intermédio do controle da atividade e da síntese de algumas de suas enzimas.
A descrição completa da regulação da glicólise encontra-se
na Seção 20.2.
9.3 Conversão de piruvato a acetil-CoA
Em condições aeróbias, o primeiro passo para a oxidação total do piruvato é a sua conversão a acetil-CoA. Nas células eucarióticas, o
piruvato é transportado do citosol para a mitocôndria (Seção 11.10), onde é transformado em acetil-CoA, conectando a glicólise e o ciclo de Krebs
(Figura 9.1). O piruvato deixa de ser o aceptor dos elétrons do NADH produzido pela glicólise e esta coenzima é oxidada pelo oxigênio, o aceptor
final de elétrons no metabolismo aeróbio, por um processo indireto (Seção
11.9).
O piruvato origina acetil-CoA, por descarboxilação oxidativa, de acordo com a equação geral:
O processo é irreversível e consiste na transferência do grupo acetila,
proveniente da descarboxilação do piruvato, para a coenzima A (Figura 9.8). Esta coenzima tem justamente a função de carregadora de grupos acila, aos quais se liga por seu grupo sulfidrila terminal, estabelecendo uma ligação
tioéster rica em energia (Tabela 4.3, Seção 4.1). A oxidação de piruvato a acetil-CoA é um exemplo notável da utilização de vitaminas no metabolismo. Esta única transformação não pode ser realizada sem o concurso de quatro vitaminas.
Figura 9.8 Estrutura das coenzimas (exceto NAD+ e FAD) que participam da oxidação de piruvato a acetil-CoA e dos seus derivados formados nesta reação.
A reação de formação de acetil-CoA a partir de piruvato ocorre em etapas sequenciais, catalisadas por um sistema multienzimático, chamado complexo piruvato desidrogenase. O complexo contém três enzimas diferentes —piruvato desidrogenase, di-hidrolipoil transacetilase e di-hidrolipoil desidrogenase — e cinco cofatores — tiamina pirofosfato (TPP), ácido lipoico, coenzima A (CoA), flavina adenina dinucleotídio
(FAD) e nicotinamida adenina dinucleotídio (NAD+) (Figura 9.8). Dos cinco cofatores, quatro — TPP, CoA, FAD e NAD+ — são derivados de vitaminas: tiamina (B1), ácido pantotênico (B5), riboflavina (B2) e nicotinamida (B 3), respectivamente. O ácido lipoico é um ácido graxo saturado de oito carbonos, com dois grupos sulfidrila (– SH) que se oxidam reversivelmente, formando uma ligação dissulfeto (– S – S –); o ácido lipoico está covalentemente ligado à extensa cadeia lateral de um resíduo de lisina da di-hidrolipoil transacetilase, o que resulta em um braço longo e flexível, graças ao qual é capaz de interagir com os locais ativos das duas outras enzimas do complexo, funcionando como um transferidor do grupo acetila.
A primeira etapa (Figura 9.9) é a descarboxilação do piruvato e a ligação do grupo hidroxietila ao TPP, catalisada pela piruvato desidrogenase. Esta mesma enzima é responsável pela oxidação do grupo hidroxietila a acetila e sua transferência à forma oxidada (forma dissulfeto) do ácido lipoico, que se reduz a ácido acetil-lipoico. A próxima enzima do complexo, a di-hidrolipoil transacetilase, transfere o grupo acetila para a coenzima A, formando acetil-CoA e a forma dissulfidrila do ácido lipoico. Esta forma reduzida do ácido lipoico é oxidada pela terceira enzima, a di-hidrolipoil desidrogenase, uma flavoproteína contendo FAD, que recebe os prótons e elétrons e os transfere finalmente para o NAD+, que incorpora um próton e dois elétrons. O NADH formado é oxidado na cadeia de transporte
de elétrons (Seção 11.2).
Uma só partícula do complexo piruvato desidrogenase é maior do que um ribossomo e consiste na união, por ligações não covalentes, de dezenas de moléculas de cada uma das três enzimas componentes do complexo. A associação das enzimas permite que essa reação complexa ocorra rápida e coordenadamente. Fazem parte ainda da partícula várias moléculas de enzimas reguladoras.
A regulação da atividade do complexo piruvato
desidrogenase está descrita na Seção 20.4.