La oxidación del piruvato

De las cuatro etapas de la respiración celular, la oxidación del piruvato se distingue por diferente: es relativamente corta en comparación con las largas vías de la glucólisis o la del ácido cítrico. ¡Pero eso no le quita importancia! Por el contrario, la oxidación del piruvato es una conexión clave que une la glucólisis con el resto de la respiración celular.

Al final de la glucólisis nos quedan dos moléculas de piruvato a las que todavía se les puede extraer mucha energía. La oxidación del piruvato es el siguiente paso en la recolección de energía restante en forma de $\text{ATP}$‍, aunque no se genera $\text{ATP}$‍ directamente durante este proceso.

En eucariontes, este paso sucede en la matriz, el compartimento más interno de la mitocondria. En procariontes, sucede en el citoplasma. En general, la oxidación del piruvato convierte al piruvato, una molécula de tres carbonos, en acetil-$\text{CoA}$‍, una molécula de dos carbonos unida a la coenzima A, y produce una molécula de $\text{NADH}$‍ y una de dióxido de carbono. El acetil-$\text{CoA}$‍ funciona como combustible del ciclo del ácido cítrico en la siguiente fase de la respiración celular.

El piruvato se produce durante la glucólisis en el citoplasma, pero la oxidación del piruvato ocurre en la matriz mitocondrial (en eucariontes). Por lo tanto, antes de que comiencen las reacciones químicas, el piruvato debe entrar a la mitocondria atravesando su membrana para llegar a la matriz.

En la matriz, el piruvato se modifica en una serie de pasos:

Paso 1. Se corta el grupo carboxilo del piruvato y se libera como molécula de dióxido de carbono: el resultado es una molécula de dos carbonos.

Paso 2. La molécula de dos carbonos del paso 1 se oxida, los electrones que se pierden en la oxidación son captados por ${\text{NAD}}^{+}$‍ y se forma $\text{NADH}$‍.

Paso 3. La molécula de dos carbonos oxidada —un grupo acetilo, resaltado en verde— se une a la coenzima A ($\text{CoA}$‍), una molécula orgánica derivada de la vitamina B5, y se forma acetil-$\text{CoA}$‍. El acetil-$\text{CoA}$‍ a veces se clasifica como una molécula acarreadora, cuya función aquí es transportar el grupo acetilo hacia el ciclo del ácido cítrico.

Los pasos anteriores los realiza un enorme complejo enzimático llamado el complejo piruvato deshidrogenasa, el cual consiste en tres enzimas interconectadas e incluye más de 60 subunidades. En varias etapas, los intermediarios de la reacción forman verdaderos enlaces covalentes con el complejo enzimático, o más específicamente, con los cofactores.. El complejo piruvato deshidrogenasa es un blanco importante de regulación, puesto que controla la cantidad de acetil-$\text{CoA}$‍ que entra al ciclo del ácido cítrico${}^{1,2,3}$‍.

Si consideramos que entran los dos piruvatos de la glucólisis (por cada molécula de glucosa ), podemos resumir la oxidación del piruvato de la siguiente manera:

¿Para qué sintetizar acetil-$\text{CoA}$‍? El acetil-$\text{CoA}$‍ funciona como el combustible del ciclo del ácido cítrico en la siguiente etapa de la respiración celular. La adición de acetil-$\text{CoA}$‍ ayuda a activar el grupo acetilo y lo prepara para experimentar las reacciones necesarias para entrar al ciclo del ácido cítrico.