Fonti metaboliche dell'acetil-coenzima A

I gruppi acetilici entrano nel ciclo dell'acido citrico sotto forma di acetil-coenzima A (acetil-CoA), un prodotto del metabolismo degradativo comune ai carboidrati, agli acidi grassi e agli amminoacidi. Il coenzima A (CoASH oppure CoA) è un gruppo β-mercaptoetilamminico legato mediante un legame amidico alla vitamina acido pantotenico che, a sua volta, è legata attraverso un ponte fosfodiesterico alla 3-fosfoadenosina (vedere immagine in prima pagina). Il gruppo acetilico dell'acetil-CoA è legato con legame tioestere al gruppo SH della mercaptoetilammina. Il CoA quindi, oltre ad essere un composto ad “alta energia” funziona come un trasportatore di gruppi acetilici e di altri gruppi acilici (la lettere A nel nome del coenzima sta per “acetilazione”).
IL COMPLESSO MULTIENZIMATICO DELLA PIRUVATO DEIDROGENASI
L'immediato precursore dell'acetil-CoA nella sua via di sintesi a partire dai carboidrati è il prodotto glicolitico piruvato. L'acetil-CoA si forma dal piruvato mediante una decarbossilazione ossidativa catalizzata dal complesso multienzimatico della piruvato deidrogenasi. Questo complesso contiene tre attività enzimatiche: la piruvato deidrogenasi (E1) la diidrolipoil transacetilasi (E2) e la diidrolipoil deidrogenasi (E3). Nei mammiferi questo complesso è localizzato nei mitocondri e catalizza cinque reazioni sequenziali:
piruvato + CoA + NAD+---> acetil-CoA + CO2 + NADH
I coenzimi e i gruppi prostetici necessari in queste reazioni sono la tiamina pirofosfato (TPP), il flavin adenina dinucleotide (FAD), il nicotinamide adenina dinucleotide (NAD+) e la lipoamide. Quest'ultima è costituita da acido lipoico unito con un legame amidico al gruppo amminico di un residuo di Lys. Il compito di questo gruppo prostetico è quello di andare ciclicamente incontro ad una riduzione del suo ponte disolfuro con formazione di diidrolipoamide e alla sua riossidazione.
Le cinque reazioni catalizzate dal complesso multienzimatico della piruvato deidrogenasi sono:
1.La piruvato deidrogenasi (E1), un enzima che richiede TPP, decarbossila il piruvato con la formazione intermedia di idrossietil-TPP;
2.E1 catalizza anche l'ossidazione dell'idrossietil-TPP da parte della lipoamide-E2, formando acetil-diidrolipoamide-E2 e ripristinando la TPP libera. La reazione avviene per attacco nucleofilo del carbanione del gruppo idrossietilico sul disolfuro della lipoamide, seguito dall'eliminazione della TPP dall'intermedio.
3.E2 catalizza il trasferimento del gruppo acetile al CoA, formando acetil-CoA e diidrolipoamide-E2. Questa è una transesterificazione in cui il gruppo SH del CoA attacca il gruppo acetile dell'acetil-diidrolipoamide formando un intermedio tetraedrico che si decompone ad acetil-CoA e diidrolipoamide-E2;
4.La diidrolipoil deidrogenasi (E3) riossida la diidrolipoamide completando il ciclo catalitico di E2.
5.L'E3 ridotto viene ossidato dal NAD+. I gruppi sulfidrilici dell'enzima attivo vengono riossidati dal FAD legato all'enzima, che diventa FADH2. Questo coenzima ridotto è ossidato a spese del NAD+, producendo NADH.