METABOLIZAM

Piruvat mora prvo biti oksidiran u Acetil CoA i CO2 

Ugljikohidrati, masne kiseline i većina aminokiselina se na kraju oksidiraju do CO2 i H2O preko ciklusa limunkse (citrične) kiseline. Prije no što ovi nutienti uđu u ciklus, njihovi ugljikovi ( karbonski) atomi se degradiraju tako da mogu proizvesti acetilne grupe u acetil-CoA, forme preko koje ciklus limunske kiseline prima većinu ulazne energije. Ova tačka ciklusa je jednosmjerna. Nema mogućnosti da se iz CO2 i acetil-CoA dobije piruvat i iz njega ponovo glukoza. Reakcija katalizirana od strane piruvat dehydrogenaza kompleksa je ireverzibilna u životinksim tkivima, štoje dokazano eskperimentima sa radioaktivnim CO2 koji nije mogao iz acetill-CoA da se ugradi u karboksilnu grupu piruvata. Naćin prelaska aminokiselina i masnih kiselina u piruvat će biti obješnjen na drugome mjestu.  Ovdje ćemo obratiti posebnu pažnju, kako piruvat iz glukoze dobijene glikolizom se dehidrogenizira da proizvede acetil-CoA i CO2 uz pomoć bloka enzima nazvanih piruvat dehidrogenaza komplex, a koji je lociran u mitohondrijama eukariotnih ćelija i citoplazmi prokariotnih ćelija.

Krajnji rezultat reakcije koju katalizira ovaj kompleks je:

Piruvat + NAD+ + CoA -SH ------> acetil-CoA + NADH + CO2
Razlika energije = - 8,0 kCal/mol

U prilično komplikovanoj reakciji piruvat prolazi kroz oksidativnu dekarboksilaciju, dehidrogenacioni proces u kom karboksilna grupa se uklanja u vidu molekula CO2, a acetilna grupa se pojavljuje kao acetill-CoA. Dva vodikova atoma koja su uklonjena iz piruvata se javljaju kao NADH i H. Tako formiran NADH daje svoj elektron u lanac transporta elektrona što ih na kraju prenosi do molekularnog kiseonika. Kombionvana dehidrogenacija i dekaboksilacija piruvata i acetil-CoA uključuje u slijed akcija tri različita enzima:

1. piruvat dehidrogenaze PD
2. dihidrolipoil transacetilaze  DTA, (molekulske težine 200.000) i
3. dihidrolipoil dehidrogenaze DH.

1. tiamin pirofosfat (TPP- Thiamin pirophosphate),
2. flavin adenin dinukleotid (FAD),
3. koenzimA (CoA),
4. nikotinamid adenin dinuleotid (NAD+)
5. lipoična kiselina

Ovi enzimi i koenzimi formiraju multienzimsku skupinu.
Prve ih je izolovao i proučavao Lester Reed sa kolegama na Unverzitetu Texas.

Četiri različita vitamina neophodna u ljudskoj ishrani su komponente ove skupine. To su:.

• Tiamin (B1) u TPP- Thiamin pirophosphatu;
• Riboflavin (B2) u FAD - flavin adenin dinukleotidu;
• Pantotenska kiselina u CoA - koenzimu A;
• Nikotinamid (niacin ili B3) u NAD+;- nikotinamid adenin dinukleotidu.

Pridodata im je lipoična kiselina. To je esencijalni elemenat ili faktror rasta mnogih mikroorganizama, dok je više životinje mogu sintetizirati u organizmu iz njenih prekusrora.  

Ova velika multienzimska skupina je molekulske težine preko 6 miliona. Izolovana je iz E.Colli  a veličine je oko 45 nm u promjeru i nešto je veća od ribozoma.

Jezgro skupine na koje su vezani drugi enzimi čini dihidrolipoil transacetilaza (DTA). Velike je molekulske težine i sastavljena od subjedinica od 24 polipeptidna lanca. Svaki od tih lanaca sadrži grupu lipoične kiseline vezanu amidima sa e-amino grupama specifičnih ostataka lizinana na aktivnim stranama subjedinica dihidrolipoil transacetilaze (DTA).
Na dihidrolipoil transacetilazu (DTA), se vežu jako velike molekule piruvat dehidrogenaze (PD) i dihidrolipoil dehidrogenaze (DH). Piruvat dehidrogenaza sadrži skupine tiamin pirofosfata (TPP), a dihidrolipoil dehidrogenaza (DH), sadrži skupine flavin adenin dinukleotid (FAD).
Lipoisilne grupe čitavoga enzima su 1,4 nm duge i služe kao «kranovi-nosači» koji prenose vodikove atome i acetil grupe sa jedne molekule enzima na drugu u piruvat dehidrogenaza kompleksu.
Dva druga enzima ( okojima će biti kasnije riječ) su također pridodati ovom kompleksu, a funkcija im je da regulišu reakciju piruvatne dehidrogenacije.

Slika pokazuje shematski kako piruvat dehidrogenaza kompleks, koji je lokaliziran u mitoondrijama životinjskih ćelija, učestvuje u sukcesivnim reakcijama uključenim u dekarboksilaciju i dehidrogenaciju piruvata. Ovo možemo posmatrati u 5 koraka.

PD = Piruvat dehidrogenaza TPP = Thiamin pirophosphat TPP-CHOH-CH3 = a-hidroksietiltiamin pirofosfat DTA = dihidrolipoil transacetilaza DH = dihidrolipoil dehidrogenaza FAD = flavin adenin dinukleotid CoA = koenzim A NAD = nikotinamid adenin dinuleotid	Modificirano prema Lehningeru
1. Korak gdje piruvat gubi karboksilnu grupu, stupajući u reakciji sa skupinama tiamin pirofosfata (TPP) u okviru piruvat dehidrogenaze (PD) tako da formira hidoksietil derivat tiazolnog prstena tiamin pirofosfata.-----vidi -------->kasnije
2. Piruvat dehidrogenaza (PD) nosi i drugi korak, gdje se vrši transfer H atoma iz acetil grupe iz tiamin pirofosfata (TPP) do oksidirane forme lipoilisil prostetične grupe dihidrolipoil transacetilaze (DTA), enzima iz jezgra ovoga kompleksa, da bi se formirao 6-acetil tioester redukovane lipoilne grupe.
3. U trećem koraku, molekula CoA-SH reaguje sa acetilnim derivatom dihidrolipoil transacetilaze (DTA), i donosi acetill-S-CoA i potpuno redukovanu ili ditiol formu lipoilne grupe.
4. U četvrtom koraku reducirana forma dihidrolipoil transacetilaze  (DTA), je pod dejstvom dihidrolipoil dehidrogenaze DH, koja pomaže transfer vodikovog atoma iz redukovane lipoilne grupe na FAD grupu dihidrolipoil dehidrogenaze (DH).
5. Zadnji, peti korak. Reducirana FAD grupa dihidrolipoil dehidrogenaze (DH), prenosi vodikov atom na NAD+, formirajući NADH.

U prikazanome procesu je od suštinske važnosti lipoilisil kompleks koji kao "kran-nosač", odnosno dizalica na gradilištu, transportuje vodikov atom i acetilnu grupu sa jednog enzima na drugi. Enzimi i koenzimi su struktuirani tako, da se drže grupirani zajedno, omogučavajući prelaznim grupama da su na okupu. Time se reakcija odvija brzo.
Ako bi ove velike enzimske molekule, bile udaljene jedna od druge unutar ćelije, bilo bi potrebno neuporedivo mnogo više vremena da se produkti sretnu i reaguju jedan sa drugim.

 • U oboljenju beriberi postoji deficit vitamina B1 - tiamina. Obzirom da je on dio koenzima tiamin pirofosfata (TPP) koji je u sastavu enzima piruvat dehidrogenaze (PD), a dio su vrlo važnoga kompleksa enzima koji učestvuju u procesu pretvaranja piruvata u acetill-CoA, ovaj vitamin je od velike važnosti za energetski metabolizam životinjskih ćelija (kako je ranije objašnjeno). Organizmi koji su deficitarni sa tiaminom, ne mogu normalno oksidirati piruvat. Ovo je osobito važno u mozgu, koji skoro svu svoju energiju dobija iz aerobne oksidacije glukoze, za koju je oksidacija piruvata vitalna. Nefunkcionisanje piruvat dehidrogenaze je odgovorno za karakteristični polineuritis i generaliziranu malfunkciju motornog nervnog sistema kao što je to slučaj kod oboljenja beriberi.

Lipoična kiselina (lipoic acid) i njena aktivna forma, koja predstavlja prostetičnu grupu dihidrolipoil transacetilaze.
Lipoična kiselina i lipoilna rupa se pojavjuju u oksidiziranoj, odnosno disulfidnoj formi, u reduciranoj ili ditiolnoj grupi, te acetiliranoj formi.
Lipoilna grupa služi kao "nosač" vodika i kao "nosač " acetilne grupe. Njena dužina od 1,4 nm daje joj izgled i ulogu ruke krana, odnosno dizalice na gradilištu.
Ona nosi vodikove H atome iz piruvat dehidrogenaze (PD) do dihidrolipoil dehidrogenaze (DH), a također nosi acetilnu grupu ka CoA-SH kompleksu.
Lipoična kiselina se ponekada naziva pseudovitaminom.

Prehrana bolesnika kod: