2. I. Estructura y función de la mitocondria: generalidades
II. Complejo Piruvato deshidrogenasa (PDH)
a) Reacción global
b) Enzimas y coenzimas que componen el complejo.
c) Regulación del complejo PDH
d) Deficiencia de actividad piruvato deshidrogenasa
3. La mitocondria
ü La mitocondria es un organelo celular presente en casi la totalidad de células eucariotas.
ü El número de mitocondrias en la célula depende del estado energético (desde 0 a más de
2000).
ü Forma variable. Mide entre 0.5-1 μm de diámetro.
Microscopia de fluorescencia: células
HeLa con tinción mitocondrial
Microscopia electrónica de
transmisión: células LMH (hepatocito
de pollo): corte ultrafino.
Representación esquemática de la
célula y sus organelos.
5. La mitocondria: estructura
1. Membrana mitocondrial externa: bicapa lipídica
altamente permeable a iones, metabolitos, algunos
polipéptidos. Presenta muchas copias de porinas que
forman un canal acuoso responsable del pasaje de
moléculas de hasta 5000 daltons.
2. Espacio intermembrana: composición similar al citosol de
la célula. Presencia de algunas enzimas y proteínas
específicas (adenilato quinasa, carnitina, etc)
Micrografías (microscopía electrónica de transmisión). Superior: citosol y mitocondrias de una célula de
ducto eferente de ardilla. Medio: mitocondria del epitelio del epidídimo. Inferior: mitocondria de músculo
esquelético del murciélago.
6. La mitocondria: estructura
3. Membrana mitocondrial interna y Crestas:
Ø La membrana mitocondrial interna es impermeable para
iones y muchas moléculas. Para lograrlo es más
hidrofóbica (cambia la composición de lípidos) y presenta
transportadores específicos.
Ø Las crestas son un sistema membranoso conectado con
membrana interna. Allí se encuentran los complejos de la
cadena respiratoria, la ATP sintasa, la ATP/ADP traslocasa,
la traslocasa de Pi. La cantidad de crestas varía con el tipo
celular y las condiciones energéticas.
4. Matriz:
Ø su composición en iones y metabolitos es distinta al
citosol.
Ø Contiene metabolitos y enzimas de rutas metabólicas
centrales.
Ø Contiene ADN, ARN transferencia, mensajero y ribosómico
Micrografías (microscopía electrónica de transmisión). Superior: citosol y mitocondrias de una célula de
ducto eferente de ardilla. Medio: mitocondria del epitelio del epidídimo. Inferior: mitocondria de músculo
esquelético del murciélago.
7. La mitocondria: función
La mitocondria cumple un rol central en el metabolismo celular:
I- Es la fuente de poder de la célula: produce energía bajo la forma de ATP mediante la
degradación completa de los compuestos orgánicos a CO2 y H2O en presencia de O2.
Oxidación de los nutrientes celulares: glucosa, ácidos grasos, aminoácidos.
II. Es fuente de precursores biosintéticos, dando precursores para la síntesis de ácidos
grasos, glucosa, aminoácidos, colesterol, grupo hemo
III. Es el sitio de degradación de los compuestos nitrogenados (ciclo de la urea).
8. Ø Metabolismo del Ca2+
Ø Rol central en el proceso de Muerte Celular Programada (apoptosis)
Ø Rol central en la señalización celular: formación de especies reactivas del
oxígeno y formación de acetil-CoA que es capaz de acetilar proteínas. Estos
mecanismos regulan proliferación celular, diferenciación y adaptación al estrés.
La mitocondria: función
La mitocondria participa además en diversos procesos celulares:
9. Las rutas catabólicas
convergen en los últimos
pasos de oxidación en la
mitocondria.
El piruvato generado en el
citosol ingresa a través de
un transportador de la
membrana mitocondrial
interna.
10. Vías de formación de piruvato en citosol:
Piruvato quinasa (último paso de Glucólisis)
Lactato deshidrogenasa (desde el lactato)
Enzima málica (desde malato)
Alanina transaminasa (desde alanina)
Otros aminoácidos glucogénicos: serina, treonina, glicina, cisteína y triptofano
2- Ingreso del piruvato a la mitocondria:
Atraviesa membrana mitocondrial externa (porinas)
Transportadores en membrana mitocondrial interna: familia de proteínas denominadas
MPC por “mitochondrial pyruvate carrier”, que ingresa en simporte con H+.
Destinos del piruvato citosólico:
1- Lactato deshidrogenasa:
Piruvato + NADH <-> Lactato + NAD+
12. Complejo Piruvato deshidrogenasa (PDH)
1- se elimina el grupo carboxilo formando el primer CO2
2- se reduce el NAD+ formando NADH con los electrones del piruvato.
3- se transfiere el grupo acetilo a la Coenzima A: se produce Acetil-CoA
NADH
Piruvato deshidrogenasa
Piruvato
Complejo Piruvato deshidrogenasa
E1, E2 y E3
Acetil-CoA
13. 3 enzimas:
• E1 Piruvato deshidrogenasa
• E2 Dihidrolipoil transacetilasa
• E3 Dihidrolipoil deshidrogenasa
5 coenzimas:
• Coenzima A
• Pirofosfato de Tiamina
• Lipoamida (ácido lipoico asociado a lisina de enzima)
• FAD
• NAD+
2 enzimas reguladoras:
• Piruvato deshidrogenasa quinasa: fosforila la enzima E1 y la inhibe
• Pruvato deshidrogenasa fosfatasa: desfosforila la enzima E1 y la activa
Complejo Piruvato deshidrogenasa
La mitocondria: Piruvato deshidrogenasa
14. 1. El piruvato reacciona con pirofosfato de tiamina (TPP) de E1 y se descarboxila (se libera CO2)
2. E1 transfiere el grupo acetilo desde TPP al grupo lipoílo de E2
3. Transesterificación del grupo acetilo entre lipoílo y coenzima A (se forma acetil-CoA)
4. El dihidrolipoico (lipoamida reducida) de E2 cede electrones al FAD de E3, volviendo a su forma
oxidada (lipoamida)
5. El FADH2 transfiere electrones al NAD+, volviendo a su forma oxidada (FAD) y generando NADH
• La enzima quedó intacta. Los productos de la reacción son CO2, Acetil-CoA y NADH
Piruvato deshidrogenasa
Dihidrolipoil
transacetilasa
Dihidrolipoil
deshidrogenasa
Piruvato
deshidrogenasa
15. E1 Piruvato deshidrogenasa:
El piruvato reacciona con el pirofosfato de tiamina (TPP) unido a
E1
Se libera CO2 y el acetaldehído queda unido al TPP (hidroxietil-
TPP).
Piruvato + TPP à hidroexietil-TPP + CO2
La mitocondria: Piruvato deshidrogenasa
16. Piruvato deshidrogenasa
E2 Dihidrolipoil transacetilasa:
El hidroexietil-TPP reacciona con la lipoamida dando lugar a
acetil-lipoamida y TPP.
Hidroexietil-TPP + lipoamida à acetil-lipoamida + TPP
E2 también cataliza la reacción entre acetil-lipoamida y la
coenzima A (CoA-SH). El grupo acetilo se une a la Co-A
formando Acetil-CoA y la lipoamida queda reducida:
dihidrolipoamida.
Acetil-lipoamida + CoA-SH à dihidrolipoamida + Acetil-CoA
17. Hidroexietil-TPP + lipoamida à acetil-lipoamida + TPP
Acetil-lipoamida + CoA-SH à dihidrolipoamida + Acetil-CoA
Derivado del ácido graso octanoico
Ácido lipoico asociado al amino de
una lisina de la enzima: Lipoamida
El grupo acetilo se esterifica
en uno de los tioles de la
lipoamida = acetil lipoamida
Luego la lipoamida queda
reducida: dihidrolipoamida
Acetil lipoamida
18. Piruvato deshidrogenasa
E3 Dihidrolipoil deshidrogenasa:
La dihidrolipoamida se oxida a lipoamida (se forma el enlace
disulfuro) a expensas del FAD asociado a E3.
El FAD es reducido a FADH2.
Luego el FADH2 transfiere los electrones al NAD+, generando NADH
que es producto de la reacción.
Dihidrolipoamida + NAD+ à Lipoamida + NADH + H+
20. Piruvato deshidrogenasa: regulación.
Regulación del Complejo Piruvato deshidrogenasa
Modulación alostérica:
Modulación covalente:
ATP; Acetil-CoA; NADH; ácidos grasos
La PDH quinasa fosforila tres residuos de serina de E1 que cataliza el paso limitante de la
reacción.
Fosforilación por PDH quinasa
Defosforilación por PDH fosfatasa
AMP; -CoA- SH; NAD+
La PDH quinasa se activa por aumento de acetil-CoA y NADH y se inhibe por CoA-SH y NAD+
El aumento del ADP inhibe la PDH quinasa.
Hay regulación de la expresión de las quinasas y fosfatasa, lo que modifica los niveles de proteínas.
21. Piruvato deshidrogenasa: regulación.
Regulación del Complejo Piruvato deshidrogenasa
El estado energético de la célula regula la actividad de esta enzima:
NADH/NAD+: el aumento de esta relación lleva a una inhibición de la PDH tanto por la
modulación alostérica como por la activación de la PDH quinasa.
Acetil-CoA/CoA-SH: el aumento de esta relación lleva a la inhibición de la PDH por
modulación alostérica y por activación de la PDH quinasa.
ATP/ADP: el aumento de esta relación activa la PDH quinasa.
22. Piruvato deshidrogenasa
Deficiencia de actividad Piruvato deshidrogenasa 1
ü La deficiencia se debe a mutaciones en genes que codifican distintas subunidades
del complejo. El 80% son mutaciones en E1 provocando que haya menos proteína
o una proteína de muy baja actividad.
ü La acumulación de piruvato lleva a un aumento en la formación de lactato. Una
característica de esta enfermedad es la acidosis láctica.
ü El cerebro se ve muy afectado en esta condición, lo que se expresa con síntomas
neurológicos más o menos graves según el grado de déficit (hipotonía muscular,
retraso del desarrollo, falta de coordinación, problemas respiratorios y
cardiovasculares, entre otros)
23. Deficiencia en actividad Piruvato deshidrogenasa
La intoxicación con arsenito o mercurio que reaccionan con los grupos -SH, así como el
déficit en la ingesta de tiamina conducen a una inactivación de la actividad piruvato
deshidrogenasa.
Tiamina o vitamina B1: el déficit de tiamina afecta el metabolismo ya que el pirofosfato
de tiamina es cofactor en varias reacciones de descarboxilación (piruvato
deshidrogenasa, α-cetoglutarato deshidrogenasa)
La patología asociada al déficit de tiamina es conocida como el Beriberi o síndrome de
Wernicke-Korsakoff . Afecta fundamentalmente el catabolismo de carbohidratos, por lo
tanto los órganos o funciones más afectados son el cerebro, la contracción muscular y la
conducción nerviosa.
Se encuentra en casos de malnutrición, alcoholismo. Puede producirse en casos de
trastornos en la absorción intestinal o aumento de la demanda.
Presente en cereales integrales, carnes y legumbres. Se agrega en algunos países a
productos generados con harina refinada. Hay poco en frutas y verduras o lácteos.
Deficiencia de actividad Piruvato deshidrogenasa 2
