Pyruvate déshydrogénase

La pyruvate déshydrogénase (EC 1.2.1.51) est l'enzyme qui se situe au carrefour de la glycolyse et du cycle de Krebs. Elle catalyse la décarboxylation oxydative du pyruvate, produit de la glycolyse, en acétyl-CoA qui rentre dans le cycle de Krebs.

Structure

La pyruvate deshydrogénase est un complexe multienzymatique de très grande taille, composé de l'association de trois enzymes différentes qui agissent de manière séquentielle :

• La pyruvate décarboxylase (E1), une enzyme à cofacteur thiamine pyrophosphate (TPP) réalise la décarboxylation du puryvate, avec libération de CO₂. Le groupement acétate restant reste fixé au TPP.
• La dihydrolipoamide acetyltransferase (E2) est une enzyme contenant un acide lipoïque ou lipoamide comme cofacteur. Elle réalise la transacétylation sur le cœnzyme A. L'acide lipoïque fixé à l'enzyme sert de bras transporteur du substrat entre les sites actifs des trois enzymes.
• La dihydrolipoamide déshydrogénase (E3) est une flavoprotéine dont le rôle est de diminuer l'acide dihydrolipoïque en acide lipoïque pour lui permettre de recommencer un cycle réactionnel. Cette enzyme utilise le NAD+ comme accepteur d'électron.

Le complexe multienzymatique de pyruvate déshydrogénase est structure de très grande taille, organisée autour d'un cœur composé de 24 ou 60 sous-unités de l'enzyme E2 formant une structure cubique ou dodécaédrique, suivant les espèces. Les enzymes E1 et E3 se fixent à la surface de cet assemblage.

Chez Escherichia coli^[1], la PDH se compose de 24 sous-unités E1, 24 sous-unités E2 et 12 sous-unités E3 par complexe.

Chez l'homme, dans la mitochondrie^[2], on compte 60 sous-unités E1, 60 sous-unités E2 et 24 sous-unités E3 par complexe.

Activité

La réaction globale catalysée par la pyruvate déshydrogenase est :

pyruvate + CoASH + NAD⁺ ⇒ acétyl-CoA + NADH + H⁺ + CO₂

Le mécanisme détaillé est le suivant :

1) Pyruvate + TPP ⇒ TPP-CH (CH₃) -OH + CO₂

2) TPP-CH (CH₃) -OH + LIP ⇒ TPP (régénéré) + LIP-Acétyl

3) LIP-Acétyl + CoASH ⇒ LIP (H₂) + Acétyl-CoA

4) LIP (H₂) + FAD ⇒ LIP (régénéré) + FADH₂

5) FADH₂ + NAD⁺ ⇒ FAD (régénéré) + NADH + H⁺

Régulation dans la mitochondrie

Chez les eucaryotes; c'est une enzyme allostérique située dans la membrane interne de la mitochondrie qui transforme le pyruvate en acetyl-coA qui sera ensuite utilisé dans le cycle de l'acide citrique.

Elle est inhibée si l'un de ces trois quotients vient à augmenter : [ATP]/[ADP], [NADH]/[NAD+] et [acétyl-CoA]/[CoASH]. Elle est activée en présence de Manganèse et de Calcium.

Le complexe pyruvate déshydrogénase (PDH) est régulé par deux enzymes, la PDH phosphatase (action activatrice) et la PDH kinase (action inhibitrice).

Enzymes apparentées

La pyruvate déshydrogénase est le prototype des 2-oxo acides deshydrogénases, une famille d'enzyme qui exécute la décarboxylation oxydative des 2-oxo acides repondant à la formule générale R- (C=O) -COOH. Elles catalysent la réaction globale :

R- (C=O) -COOH + CoASH + NAD⁺ ⇒ R- (C=O) -CoA + NADH + H⁺ + CO₂

On trouve dans cette famille la 2-oxo-glutarate deshydrogénase, une des enzymes du cycle de Krebs et la 2-oxo-isovalerate dehydrogénase impliquée dans le catabolisme des acides aminés à chaîne branchée (Valine, Leucine et Isoleucine).

Notes et références

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