17.2.1. Komplex Pyruvátdehydrogenázy je regulován Alostericky a reverzibilní fosforylací
jak jsme viděli dříve, glukóza může být vytvořena z pyruvátu (oddíl 16.3). Tvorba acetyl CoA z pyruvátu je však u zvířat nevratným krokem, a proto nejsou schopni převést acetyl CoA zpět na glukózu. Oxidační dekarboxylace pyruvátu na acetyl CoA zavazuje atomy uhlíku glukózy ke dvěma hlavním osudům: oxidace na CO2 cyklem kyseliny citronové se souběžnou tvorbou energie nebo inkorporací do lipidů (obrázek 17.16). Jak se očekávalo od enzymu v kritickém bodě metabolismu, aktivita komplexu pyruvátdehydrogenázy je přísně kontrolována několika způsoby (obrázek 17.17). Vysoké koncentrace reakčních produktů komplexu inhibují reakci: acetyl CoA inhibuje transacetylázovou složku (E2), zatímco NADH inhibuje dihydrolipoyldehydrogenázu (E3). Klíčovým prostředkem regulace u eukaryot je však kovalentní modifikace složky pyruvátdehydrogenázy. Fosforylace pyruvátdehydrogenázové složky (E1) specifickou kinázou vypne aktivitu komplexu. Deaktivace je obrácena působením specifické fosfatázy. Místem fosforylace je transacetylázová složka (E2), která opět zdůrazňuje strukturální a mechanistický význam tohoto jádra. Zvýšení poměru NADH / NAD+, acetyl CoA / CoA nebo ATP / ADP podporuje fosforylaci a tím i deaktivaci komplexu. Jinými slovy, vysoké koncentrace okamžitých (acetyl CoA a NADH) a konečných (ATP) produktů inhibují aktivitu. Pyruvátdehydrogenáza se tedy vypne, když je energetický náboj vysoký a biosyntetické meziprodukty jsou hojné. Na druhé straně pyruvát a ADP (signál nízkoenergetického náboje) aktivují dehydrogenázu inhibicí kinázy.
obrázek 17.16
z glukózy na Acetyl CoA. Syntéza acetyl CoA komplexem pyruvátdehydrogenázy je klíčovým nevratným krokem v metabolismu glukózy.
obrázek 17.17
regulace komplexu Pyruvátdehydrogenázy. Komplex je inhibován jeho bezprostředními produkty, NADH a acetyl CoA. Složka pyruvátdehydrogenázy je také regulována kovalentní modifikací. Specifická kináza fosforyluje a inaktivuje (více…)
naproti tomu α1-adrenergní agonisté a hormony, jako je vazopresin, stimulují pyruvátdehydrogenázu vyvoláním zvýšení hladiny cytosolické Ca2+ (oddíl 15.3.2), což zase zvyšuje hladinu mitochondriální Ca2+. Vzestup mitochondriální Ca2 + aktivuje komplex pyruvátdehydrogenázy stimulací fosfatázy. Inzulín také urychluje přeměnu pyruvátu na acetyl CoA stimulací defosforylace komplexu. Na druhé straně se glukóza nalije do pyruvátu.
význam této kovalentní kontroly je ilustrován u lidí s nedostatkem fosfatázy. Protože pyruvátdehydrogenáza je vždy fosforylována a tedy neaktivní, glukóza se zpracovává na kyselinu mléčnou. Tento stav má za následek nepřerušenou laktátovou acidózu (vysoké hladiny kyseliny mléčné v krvi), která vede k selhání mnoha tkání, zejména centrálního nervového systému (bod 17.3.2).