Oxidação de piruvato

Dentre os quatro etapas da respiração celular, a oxidação do piruvato é a mais diferente: ela é relativamente curta em comparação com as longas vias da glicólise ou do ciclo do ácido cítrico. Mas isso não faz com que ela não seja importante! Pelo contrário, a oxidação do piruvato é um conector importante que liga a glicólise ao restante da respiração celular.

Ao final da glicólise, temos duas moléculas de piruvato que ainda contêm muita energia extraível. A oxidação do piruvato é o próximo passo na captura da energia restante na forma de $\text{ATP}$‍, embora nenhum $\text{ATP}$‍ seja produzido diretamente durante a oxidação do piruvato.

Em eucariontes, esta etapa ocorre na matriz, o compartimento mais interno da mitocôndria. Em procariontes, ele acontece no citoplasma. Em geral, a oxidação de piruvato converte piruvato — uma molécula de três átomos de carbono — em acetil $\text{CoA}$‍ — uma molécula de dois átomos de carbono ligada a coenzima A — produzindo um $\text{NADH}$‍ e liberando uma molécula de dióxido de carbono no processo. Acetil $\text{CoA}$‍ atua como combustível para o ciclo do ácido cítrico na próxima etapda da respiração celular.

O piruvato é produzido pela glicólise no citoplasma, mas a oxidação do piruvato ocorre na matriz mitocondrial (nos eucariontes). Assim, antes que as reações químicas possam começar, o piruvato deve entrar na mitocôndria, atravessando sua membrana interna e chegando na matriz.

Na matriz, o piruvato é modificado em uma série de etapas:

Etapa 1. Um grupo carboxila é retirado do piruvato e liberado na forma de uma molécula de dióxido de carbono, deixando uma molécula com dois carbonos para trás.

Etapa 2. A molécula com dois carbonos da etapa 1 é oxidada e os elétrons perdidos na oxidação são capturados pelo ${\text{NAD}}^{+}$‍ para formar $\text{NADH}$‍.

Etapa 3. A molécula com dois carbonos oxidada—um grupo acetil, destacado em verde— une-se à Coenzima A ($\text{CoA}$‍), uma molécula orgânica derivada da vitamina B5, para formar acetil $\text{CoA}$‍. Acetil $\text{CoA}$‍ é às vezes chamado de molécula carreadora e seu trabalho aqui é carregar o grupo acetil para o cilo do ácido cítrico.

As etapas acima são realizadas por um grande complexo enzimático chamado piruvato desidrogenase, no qual consiste em três enzimas interconectadas e inclui mais de 60 subunidades. Em duas etapas, os intermediários da reação, na verdade, formam pontes covalentes com o complexo enzimático - ou, mais especificamente, com seus cofatores. A piruvato desidrogenase é um importante alvo para regulação, a medida que controla a quantidade de acetil $\text{CoA}$‍ que entra no ciclo do ácido cítrico${}^{1,2,3}$‍.

Se nós considerarmos os dois piruvatos que saem da glicólise (para cada molécula de glicose), nós podemos resumir a oxidação do piruvato no seguinte:

Porque produzir acetil $\text{CoA}$‍? Acetil $\text{CoA}$‍ serve de combustível para o ciclo do ácido cítrico na próxima etapa da respiração celular. A adição de $\text{CoA}$‍ ajuda a ativar o grupo acetil, preparando-o para sofrer as reações necessárias para entrar no ciclo do ácido cítrico.