Reacción de enlace (descarboxilación del piruvato): formación de acetil-CoA

Descubre la descarboxilación del piruvato y la formación de acetil‑CoA: el enlace clave entre la glucólisis y el ciclo de Krebs en mitocondrias.

La reacción de enlace, también conocida como descarboxilación del piruvato, constituye un vínculo esencial entre la glucólisis y el ácido cítrico o el ciclo de Krebs. Mediante esta transformación, el grupo acetilo derivado del piruvato se incorpora al coenzima A formando acetil‑CoA, mientras se generan equivalentes reductoros útiles para la cadena respiratoria.

Dónde ocurre

En los eucariotas la reacción tiene lugar en la matriz mitocondrial; el piruvato atraviesa la membrana mitocondrial interna por transportadores específicos (transportador mitocondrial de piruvato). En los procariotas se producen reacciones análogas en el citoplasma y en la membrana plasmática, adaptadas a su organización celular.

Resumen de la reacción

1. El piruvato se descarboxila: Se elimina el CO₂.
2. Se añade al CoA para formar Acetil CoA

Productos netos por cada molécula de piruvato: 1 molécula de acetil‑CoA, 1 molécula de CO₂ y 1 equivalente reductor como NADH. Por cada molécula de glucosa (2 piruvatos) se obtienen 2 acetil‑CoA y 2 NADH.

Enzima y cofactores

La reacción es catalizada por el complejo enzimático multifuncional llamado complejo de la piruvato deshidrogenasa (CPD o PDH, por sus siglas en inglés). Este complejo está formado por varias copias de tres actividades catalíticas principales (denominadas E1, E2 y E3) y requiere varios cofactores esenciales:

• Tiamina pirofosfato (TPP, vitamina B1) — necesaria para la descarboxilación del piruvato (E1).
• Ácido lipoico (lipoamida) — transporta el grupo acetilo entre centros activos (E2).
• Coenzima A (CoA‑SH) — acepta el grupo acetilo para formar acetil‑CoA.
• FAD — participa en la reoxidación de la lipoamida (E3).
• NAD+ — se reduce a NADH en la última etapa, regenerando FAD.

Mecanismo breve

De forma esquemática, el mecanismo implica:

• Descarboxilación del piruvato catalizada por E1 con TPP, liberando CO₂ y formando un intermediario hidroxietil‑TPP.
• Transferencia del grupo hidroxietil a la lipoamida de E2, que se convierte en un grupo acetilo ligado a la lipoamida.
• Transferencia del grupo acetilo a CoA (por E2), formando acetil‑CoA libre.
• Oxidación de la lipoamida reducida por E3 (FAD → FADH2), seguida de la transferencia de electrones al NAD+ (formando NADH + H+), regenerando la lipoamida oxidada.

Regulación

El CPD está fuertemente regulado para coordinar la demanda energética y anabólica:

• Regulación covalente: la piruvato deshidrogenasa (E1) es inhibida por fosforilación catalizada por la PDH quinasa y activada por desfosforilación por la PDH fosfatasa.
• Regulación alostérica: altos niveles de ATP, acetil‑CoA y NADH inhiben el complejo; altos niveles de ADP, CoA y NAD+ lo activan.
• Control hormonal: en tejidos como el hígado, la insulina promueve la desfosforilación (activación) del complejo, favoreciendo la entrada de carbono a la oxidación y a la lipogénesis.

Importancia fisiológica y clínica

El acetil‑CoA formado es el sustrato que entra al ciclo de Krebs para producir ATP y precursores metabólicos. Además, el acetil‑CoA es punto de enlace entre el metabolismo de carbohidratos, grasas y proteínas: sirve como sustrato para la biosíntesis de ácidos grasos, colesterol y para modificaciones acetilo en proteínas.

Alteraciones del complejo tienen consecuencias clínicas: por ejemplo, deficiencias congénitas del CPD pueden causar acidosis láctica y retraso neurológico; la deficiencia de tiamina (vitamina B1) afecta la actividad de TPP y reduce la función del complejo, produciendo manifestaciones como la beriberi y problemas neurológicos.

En resumen, la reacción de enlace (descarboxilación del piruvato) convierte el piruvato en acetil‑CoA, produce CO₂ y NADH, y constituye el paso clave que conecta la glucólisis con el ciclo de Krebs y con numerosas rutas biosintéticas y reguladoras del metabolismo celular.

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