Kaj je kompleks piruvat dehidrogenaze?

V tem članku bomo pojasnili na voljo, da je kompleks piruvat-dehidrogenaza in biokemija procesa, razkrivajo strukturo encimi in koencimi, opredeliti vlogo in pomen tega kompleksa v naravi in ​​človeškem življenju. Poleg tega bodo upoštevane morebitne posledice kršitve funkcionalnega namena kompleksa in časa njihove manifestacije.

Seznanitev s konceptom

Kompleks piruvat dehidrogenaze (PDH) je kompleks proteinov, katerega vloga je oksidacija piruvata kot posledica dekarboksilacije. Ta kompleks vsebuje 3 encime, kot tudi dva proteina, potrebna za izvajanje pomožnih funkcij. Kompleks piruvatega dehidrogenaze bi lahko deloval, zato je treba imeti določene kofaktorje. Pet jih je: CoA, nikotinamid adenin dinukleotid, flavin adenin dinukleotid, tiamin pirofosfat in lipoat.

Lokalizacija PDH v bakterijskih organizmih je koncentrirana v citoplazmi, evkariontske celice pa jo shranjujejo v matrico na mitohondriji.

Povezava z dekarboksilacijo piruvate

Vrednost kompleksa piruvat dehidrogenaze je v oksidacijski reakciji piruvata. Razmislite o bistvu tega procesa.

Mehanizem oksidacije piruvate pod vplivom dekarboksilacije je proces biokemijske narave, v kateri se molekula CO razcepi₂ v ednini, nato pa sledi dodajanju te molekule piruvatu, izpostavljen dekarboksilaciji in pripadajo koencimu A (CoA). Tako nastane acetil-KoA. Ta pojav zaseda vmesno mesto med procesi glikolize in ciklusom trikarboksilnih kislin. Postopek dikarboksilacije piruvata izvedemo s sodelovanjem kompleksnega MPC, ki vključuje, kot smo že omenili, tri encime in dva proteina pomožnega tipa.

Vloga koencimov

Za kompleks piruvat dehidrogenaze encimi igrajo ključno vlogo. Vendar pa lahko začnejo svoje delo samo v prisotnosti petih koencimov ali skupin protetičnega tipa, ki so bili navedeni zgoraj. Proces sam bo sčasoma pripeljal do dejstva, da bo acilna skupina vstopila v CoA-acetil. Če govorimo o koencimih, je treba vedeti, da štiri od njih spadajo v derivate vitaminov: tiamin, riboflavin, niacin in pantotenska kislina.

Flavinadenindinukleotid in nikotinamid adenin dinukleotid ukvarja prenos elektronov in tiamina pirofosfat, mnoge znane kot koencim piruvatdekarboksilny vstopi v reakcijo fermentacije.

Aktivacija tiolne skupine

Koencim acetilacija (a) - skupine, ki vsebuje tiol tip (-SH), ki je zelo aktiven, je nujno in potrebno, da CoA delovala kot snov, ki se lahko prenese acilno skupino, da se tvori tiol in tioestra. Tiolni estri (tioetri) imajo precej visok indeks proste hidrolize, zato imajo velik potencial za prenos acilne skupine na različne akceptorske molekule. Zato se acetil CoA periodično imenuje aktivirani CH₃COOH.

Prenos elektronov

Poleg štirih pomožnih faktorjev, ki imajo naravo derivati ​​vitaminov, obstaja 5 th kofaktor kompleks piruvat-dehidrogenaza, ki se imenuje lipoate. So povezani tiolnih skupin tipa 2 lahko aerobno reverzibilne učinke oksidacijskih, kar ima za posledico tvorbo značaja disulfidno vez (-S-S-), ki je podoben se ta proces med aminokislotytsisteinnymi ostankov v proteinih. Zmožnost oksidacije in ozdravitve daje lipoatu sposobnost za prenos ne samo acilne skupine, temveč tudi elektronov.

Enzimski komplet

Enzimi kompleks kompleksa piruvat dehidrogenaze vključuje tri glavne sestavine. Prvi encim je piruvat dehidrogenaza (E₁). Drugi encim je dihidrolipoildehidrogenaza (E₃). Tretja je dihidrolipoiltransetilaza (E.₂). Kompleks piruvat dehidrogenaze vključuje te encime, ki jih shranjujejo v velikem številu izvodov. Število kopij vsakega encima je lahko drugačno, zato se velikost kompleksa lahko zelo razlikuje. Kompleks PDH pri sesalcih doseže približno 50 nanometrov v premeru. To je več kot 5-6 krat premera ribosoma. Takšni kompleksi so zelo veliki, zato jih je mogoče razlikovati v elektronskem mikroskopu.

Gram-pozitivne bakterije bacillus stearothermophilus PDH v šestdesetih je izvodih digidrolipoiltransatsetilazy, kar posledično peterokotna vrste dodekaeder, s premerom približno 25 nanometrov. Gram-pozitivna bakterija Escherichia coli vsebuje štiriindvajset kopij E₂, mačka. dodaja sebi protezno skupino lipoata in vzpostavlja povezavo amidnega tipa z amino skupino lizinskega ostanka, ki vstopa v E₂.

Dihidrolipoiltransetilazo konstruiramo z interakcijo 3 domen s funkcionalnimi razlikami. To so: amino terminalna lipoilna domena, ki vsebuje ostanek lizina in lipoatomsko vezavno domeno (centralna E_1- in E_3-) - notranja aciltransferazna domena, ki vključuje aciltransferazne centre aktivnega tipa.

Kompleks piruvat dehidrogenaze kvasa ima samo eno lipoidno domeno, sesalci takih domen imajo dve, bakterija E. coli pa ima tri. Povezovalno sekvenco aminokislin, ki je sestavljena iz 20 do 30 aminokislinskih ostankov, ločuje E₂, medtem ko ostanki alaninov in prolina prehajajo z ostanki aminokislin, ki se napolnijo. Ti povezovalci imajo pogosto razširjene oblike. Ta funkcija vpliva na dejstvo, da imajo tri domene.

Povezava porekla

E₁ Njegov aktivni center vzpostavlja povezavo s TTP in aktivnim centrom E₃ - z FAD. Encimov človeškega telesa E₁ vsebuje v obliki tetramerja, ki je sestavljen iz štirih podenot: dve E₁alfa in dva E₁beta. Regulatorni proteini so predstavljeni kot protein kinaza in fosfoprotein fosfataza. Ta vrsta strukture (E₁-E₂-E₃) ostaja element konservatizma v evolucijskem poučevanju. Kompleksi s podobno strukturo in napravo lahko sodelujejo v različnih reakcijah, ki se razlikujejo od standardnih, na primer pri oksidaciji alfa - ketoglutarata skozi ves cikel Krebsa, tudi oksidira in alfa keto kislino, ki je nastala zaradi katabolne uporabe aminokislin razvejanega tipa: valin, levcin in izolevcin.

Kompleks piruvat dehidrogenaze ima encim E₃, ki se pojavlja tudi v drugih kompleksih. Podobnost strukture proteinov, kofaktorjev in tudi reakcijskih mehanizmov kaže skupni izvor. Lipoat je pritrjen na lizin E₂, in ustvarja nekakšno "roko", ki se lahko premika iz aktivnega centra E₁ aktivnim centrom E₂ in E₃, ki je približno 5 nm.

Eukarioti v kompleksu piruvat dehidrogenaze vsebujejo dvanajst podenot E3BP (E₃ Vezni protein nekatalitične narave). Lokacija tega proteina ni natančno znana. Obstaja hipoteza, da ta protein nadomesti nekaj podskupine podenote. E₂ v kravi PDH.

Komuniciranje z mikroorganizmi

Ta kompleks je povezan z nekaterimi vrstami anaerobnih vrst bakterij. Vendar je število bakterijskih organizmov, ki imajo PDH v svoji strukturi, majhne. Funkcije kompleksa v bakterijah se praviloma zmanjšajo na splošne procese. Na primer, vloga piruvat dehidrogenaze kompleksa v bakterije Zymonomonas Mobilis fermentacije je alkoholik značaj. Piruvatne bakterije v višini do 98% bodo porabljene za take namene. preostalih nekaj odstotkov oksidirajo v ogljikov dioksid, nikotinamidadenindinukleotid, acetil-CoA in t. d. Zanimivo strukturo kompleks piruvat-dehidrogenaza v Zimomonas Mobilis. Ta mikroorganizem vključuje štiri encime: E₁alfa, E₁beta, E₂ in E₃. V PDH te bakterije v E obstaja lipoidna domena₁beta, zaradi česar je edinstven. Kompleksni kompleks predstavlja E₂, in organizacija kompleksa je v obliki dodekaedrona pentagonalnega tipa. Zymononas mobilis nima celotne serije encimov cikla trikarboksilne kisline, zato se njegova PDH ukvarja le z anabolnimi funkcijami.

PDH pri človeku

Človek, tako kot drugi živi organizmi, ima gene, vključene v PDH kodiranje. V kromosomu X je gen E₁alfa - PDHA 1. Mehanizem delovanja piruvat dehidrogenaze kompleksa je izjemno pomembno, da izhaja iz dejstva, da obstaja več kot trideset vrste mutiranih alelov gena v zgoraj, in vsak izmed mutacije vodi do PDH-popuščanja. Simptomatike bolezni se lahko razlikujejo od težav blage narave laktatatsidozovyh do usodnih napak v razvoju organizma. Moški, ki imajo X-kromosom, ki vključuje tak alel, čakajo na zgodnjo smrt v zelo mladi dobi. Ženske posamezniki so tudi podvržene tej bolezni, vendar v manjši meri in sama težava je inaktivirati katerikoli X-kromosom.

Težave z nemirami

E₁beta - PDHB - se nahaja na tretjem kromosomu. V tem genu so znani samo dva alela mutantnega tipa, ki so v homozigotnem položaju vse leto, kar je povezano z malformacijami.

Verjetno obstajajo tudi drugi podobni aleli, ki lahko povzročijo smrt do popolnega razvoja telesa. E₂ - DLAT - je koncentriran na enajsti kromosom. Človeštvo se zaveda dveh dveh alelov tega gena, ki bodo v prihodnosti ustvarjali probleme, vendar pa lahko to ustrezno kompenzira. Obstaja velika verjetnost, da bo plod umrl v maternici zaradi drugih mutacij tega gena. E₃ - dld - se nahaja na sedmem kromosomu in vključuje veliko število alelov. Precej velik odstotek jih vodi v pojav genetskih bolezni, ki bodo povezani s kršenjem aminokislinskega presnovka.

Zaključek

Preučili smo, kako pomemben kompleks piruvat dehidrogenaze za žive organizme. Reakcije v njem pojavljajo, so usmerjeni predvsem na dekarboksilacijo piruvata z oksidacijo in visoko specializirano PDH, vendar pod drugačnimi pogoji, v prisotnosti določenih razlogov, in lahko opravljajo tudi funkcije, znakov, kot da sodelujejo pri fermentaciji. Ugotovili smo tudi, da proteinski kompleksi, ki sodelujejo pri oksidaciji piruvata, sestavljajo pet encimov, ki ostanejo operativni le s petimi kofaktorji. Morebitne spremembe v algoritmu zapletenega mehanizma dekarboksilacijo lahko povzroči resne bolezni in celo povzroči smrt posameznika.