Come parte di un esperimento di ricerca, una persona viene sottoposta a due biopsie muscolari con ago sottile per ottenere piccole quantità di tessuto per l'analisi biochimica. La prima viene scattata all'inizio dell'esperimento mentre il soggetto è a riposo. Il secondo viene effettuato al termine di 30 minuti di esercizio aerobico su una bicicletta stazionaria. Nella seconda misurazione l'attività dei complessi della piruvato deidrogenasi muscolare risulta essere molto più elevata. Quale dei seguenti cambiamenti biochimici avrebbe maggiori probabilità di produrre questo effetto?
Diminuzione dell'ADP
Diminuzione del Ca2+ intracellulare
Aumento dell'acetil CoA
Aumento della concentrazione di piruvato
Nella maggior parte dei percorsi biochimici, solo una o poche reazioni enzimatiche sono sotto il controllo normativo. Questi si verificano spesso all'inizio dei percorsi o nei punti di diramazione dei percorsi. Il complesso della piruvato deidrogenasi controlla il legame tra la glicolisi e il ciclo dell'acido citrico e decarbossila il piruvato (il prodotto finale della glicolisi) con produzione di NADH e acetil CoA (il substrato per il ciclo dell'acido citrico). La piruvato deidrogenasi (PDH) nei mitocondri è enorme, visibile come punti al microscopio elettronico, perché è composta da molte copie di almeno 5 enzimi separati. Tre di questi (piruvato deidrogenasi, diidrolipoil transacetilasi e diidrolipoato deidrogenasi) eseguono le vere e proprie reazioni biochimiche. Gli altri due, PDH chinasi e fosfatasi, aggiungono o rimuovono rispettivamente gruppi fosfato dal complesso PDH. La forma più attiva di PDH non è fosforilata; la forma meno attiva è. Durante l’esercizio, elevate concentrazioni di ADP e piruvato inibiscono la PDH chinasi, mentre un aumento di Ca2+ stimola la PDH fosfatasi. Entrambi gli effetti producono una maggiore quantità di PDH defosforilata e più attiva. Punti importanti: con l'esercizio si osserva una concentrazione di ADP più elevata, non diminuita, che tende ad attivare il PDH. Il calcio intracellulare aumenta, non diminuisce, con l'esercizio e tende ad attivare il PDH. L’aumento dell’acetil CoA, come osservato nella lipolisi attiva, tende a disattivare il PDH. Rif: Bender D.A., Mayes P.A. (2011). Capitolo 18. Glicolisi e ossidazione del piruvato. Nel D.A. Bender, K.M. Botham, P.A. Weil, PJ Kennelly, RK Murray, V.W. Rodwell (a cura di), Biochimica illustrata di Harper, 29e.