Durante el desarrollo postnatal de la rata el complejo piruvato deshidrogenasa
(PDHC), cataliza la conversión del piruvato a acetil-CoA, este es
un paso irreversible y es fuertemente aeróbico. El PDHC incrementa
su actividad repentinamente después del nacimiento hasta llegar
a alcanzar los niveles del adulto. El complejo piruvato deshidrogenasa
consiste de seis componentes diferentes: piruvato deshidrogenasa (E1) (EC
1.2.4.1)(un tetrámero: a2b2),
dihidrolipoamida acetiltransferasa (E2) (EC 2.3.1.12), dihidrolipoamida
deshidrogenasa (E3) (EC 1.8.1.4) y proteína X. Este complejo se
inactiva por la piruvato deshidrogenasa quinasa (EC 2.7.1.99), la cual
defosforila la subunidad a
de la piruvato deshidrogenasa (E1) y es reactivado por la piruvato deshidrogenasa
fosfatasa (EC 3.1.3.43), la cual defosforila E1. Tanto la reacción
de la quinasa como la de la fosfatasa estan reguladas por las razones acetil-CoA/CoA
y NADH/NAD+.
Recientemente, ensayos de ELISA han mostrado que la actividad del complejo PDH aumenta a la vez que el número de sus moléculas por mitocondria entre los 10-15 días postpartum. Durante este período la citrato sintasa muestra un incremento que se correlaciona con el incremento de la actividad del complejo PDH.
Durante el período perinatal en la rata, entre el 18 día
fetal y los 5 neonatal hay poco aumento de mRNAs de la E1, lo que indica
que durante el desarrollo del cerebro de rata, la expresión de las
subunidades a
y b estan
estrechamente coordinadas con los niveles de mRNA. En estudios de mitocondria
cerebral aislada de rata de animales en desarrollo entre 1 y 30 días
de edad, se encontró que la actividad del complejo PDH era a los
5 días, entre un 5-10% la de un adulto. La mayor actividad
del complejo enzimático es durante el período de lactancia
entre los 10 y 21 días. El patrón de desarrollo del complejo
PDH es paralelo al de la hexoquinasa. El incremento durante el desarrollo
de la actividad de la piruvato deshidrogenasa se debe a un aumento en la
síntesis, consecuencia del número superior de mitocondrias.
Sin embargo, en la rata su actividad aumenta entre los 10-15 días
postparto debido al aumento específico de la cantidad de esta enzima
en la mitocondria. Este hecho apoya la idea de que esta actividad está
relacionada con la adquisición de la madurez neurológica
de la especie. Se ha reportado que el número de mitocondrias por
gramo de tejido y el tamaño de las mismas, permanece sin cambios
en el cerebro neonatal y en el adulto. En cultivos primarios el complejo
PDH en neuronas y astrocitos se desarrolla precozmente y aparentemente,
más rápido en neuronas, lo cual facilita la respiración
y la lipogénesis de las células.
Si bien algun piruvato puede ser metabolizado en las mitocondrias del cerebro vía piruvato carboxilasa (PC) (EC 6.4.1.1), otro sigue la vía piruvato deshidrogenasa y el ciclo de los ácidos tricarboxílicos. En mitocondrias aislas de cerebro, el malato exógeno parece ser el responsable de la oxidación del piruvato. Presublimemente, el aporte de malato permite los niveles óptimos de oxalacetato para la síntesis de citrato. La oxidación de piruvato/malato es comparable en mitocondrias sinápticas y no sinápticas. El metabolismo del piruvato en mitocondria de cerebro parece estar controlado por los niveles de traslocasa, piruvato deshidrogenasa y el algunos casos, por la disponibilidad de oxalacetato.
El hecho que el cerebro en ciertas circunstancias exporte lactato parece indicar que existe una limitación en la oxidación del piruvato. En efecto, como hemos visto antes, el desarrollo ontogénico de la actividad del complejo piruvato deshidrogenasa en cerebro tiene lugar después que el de las otras actividades glucolíticas. Así, en el neonato, la limitación en la entrada de glucosa en el ciclo del ácido tricarboxílico, podría deberse a la actividad limitada de dicho complejo multienzimático.
La adición de a-ciano-4-hidroxicinnamato (0.5 mM) inhibe completamente la entrada de piruvato a la mitocondria. Aún, si el inhibidor es adicionado al mismo tiempo o antes que el piruvato. Sin embargo, no hay una fuerte acumulación de piruvato extramitocondrial, lo que sugiere que puede haber otra forma de metabolismo de este sustrato .