Što je kompleks piruvat-dehidrogenaze?

U ovom članku ćemo objasniti na raspolaganju, da je piruvat dehidrogenaze složen i biokemija procesa, otkrivaju strukturu enzima i ko-enzima, prepoznati ulogu i značaj ovog kompleksa u prirodi i ljudskom životu. Uz to, razmotrit će se i moguće posljedice kršenja funkcionalne svrhe kompleksa i vremena njihove manifestacije.

Upoznavanje s konceptom

Kompleks piruvat dehidrogenaze (PDH) je kompleks tipa proteina čija je uloga oksidirati piruvat kao rezultat dekarboksilacije. Ovaj kompleks sadrži 3 enzima, kao i dva proteina potrebna za primjenu pomoćnih funkcija. Da bi piruvatni kompleks dehidrogenaze mogao funkcionirati, potrebno je imati određene kofaktore. Postoji pet od njih: CoA, nikotinamid adenin dinukleotid, flavin adenin dinukleotid, tiamin pirofosfat i lipoat.

Lokalizacija PDH u bakterijskim organizmima koncentrirana je u citoplazmi, eukariotske stanice ga pohranjuju u matriksu na mitohondrijima.

Povezivanje s dekarboksiliranjem piruvata

Vrijednost kompleksa piruvat dehidrogenaze leži u oksidacijskoj reakciji piruvata. Razmotrite suštinu tog procesa.

Mehanizam oksidacije piruvata pod utjecajem dekarboksilacije je proces biokemijske prirode u kojem se cijepa molekula CO₂ u jednini, a potom slijedi dodavanje ove molekule u piruvat, podvrgnut dekarboksilaciji i pripajanju koenzima A (CoA). Tako je stvoren acetil-KoA. Taj fenomen zauzima mjesto međuprostora između procesa glikolize i ciklusa trikarboksilnih kiselina. Postupak dikarboksilacije piruvata provodi se uz sudjelovanje kompleksnog MPC, koji uključuje, kako je ranije spomenuto, tri enzima i dva proteina pomoćnog tipa.

Uloga koenzima

Za kompleks piruvat dehidrogenaze, enzimi imaju ključnu ulogu. Međutim, oni mogu započeti s radom samo u prisutnosti pet koenzima ili skupina protetskog tipa, koji su gore navedeni. Sam proces će na kraju dovesti do činjenice da će acilna skupina ući u CoA-acetil. Govoreći o koenzimima, potrebno je znati da četiri pripadaju derivatima vitamina: tiamina, riboflavina, niacina i pantotenske kiseline.

Flavin adenin dinukleotid i nikotinamid adenin dinukleotid bavi prijenos elektrona i tiaminpirofosfat, mnogi poznati kao koenzim piruvatdekarboksilny ulazi u reakcije vrenja.

Aktivacija tiolne skupine

Koenzim acetilacija (A) - grupu sadrži tiolnu tip (-SH), što je vrlo aktivan, bitno je i potrebno CoA djeluje kao tvar koja se može prenijeti na acilnu skupinu, čime se dobije tiol i tioester. Esteri (tiole tioeteri) - imaju prilično visoku brzinu hidrolize slobodne energije prirode, jer oni imaju visoki potencijal prijenos acilnom skupinom na različitim akceptorskih molekula. Zato se acetil CoA periodički naziva aktivirani CH₃COOH.

Prijenos elektrona

Osim četiri ko-faktorima koji imaju narav derivata vitamina, postoji 5. kofaktor piruvat dehidrogenaza kompleksu, pod nazivom lipoat. Su svojstveni vrsti 2 tiolne skupine koji mogu prolaziti kroz reverzibilne oksidacijskih učinke, što rezultira u stvaranju disulfidne veze karaktera (-S-S-), što je slično kako je to proces odvija između aminokislotytsisteinnymi ostataka u proteinima. Sposobnost oksidiranja i oporavka daje lipoatu sposobnost nošenja ne samo acilne skupine nego i elektrona.

Enzimski komplet

Od enzima, kompleks piruvat dehidrogenaze uključuje tri glavne komponente. Prvi enzim je piruvat dehidrogenaza (E₁). Drugi enzim je dihidrolipoildehidrogenaza (E.₃). Treća je dihidrolipropiltilacija (E₂). Kompleks piruvat dehidrogenaze uključuje ove enzime, čuvajući ih u velikom broju kopija. Broj kopija svakog enzima može biti različit, pa se stoga veličina kompleksa može jako razlikovati. PDH kompleks u sisavaca doseže oko 50 nanometara u promjeru. To je više od 5-6 puta veći od promjera ribosoma. Takvi kompleksi su vrlo veliki, pa se mogu razlikovati u elektronskom mikroskopu.

Gram-pozitivna bakterija Bacillus stearothermophilus PDH u svojoj šezdeset ima istovjetna primjerka digidrolipoiltransatsetilazy, što zauzvrat stvoriti peterokutne tip dodekaedar, s promjerom od oko 25 nanometara. Gram-pozitivna bakterija Escherichia coli sadrži dvadeset četiri kopije E₂, mačka. dodaje sebi proteolitičku skupinu lipoata i uspostavlja vezu amidnog tipa s amino skupinom lizinskog ostatka koji ulazi u E₂.

Dihidrolil-transiltilacija konstruirana je interakcijom 3 domene s funkcionalnim razlikama. To su: amino terminalna lipoilna domena koja sadrži lizinski ostatak i domena za vezanje lipoatom (središnji E_1- i E₃) - interne aciltransferaze, koja uključuje aciltransferaze središta aktivnog tipa.

Piruvat dehidrogenaze kompleks kvasac ima u sebi samo jednu vrstu lipoilnogo domeni, ovi sisavci imaju dvije domene, a bakterija Escherichia coli - tri. Sekvenca veza aminokiselina, koja se sastoji od dvadeset do trideset aminokiselinskih ostataka, odvaja E₂, dok su ostatci alanina i prolina razmaknuti s aminokiselinskim ostacima koji se napune. Ti linkeri često imaju proširene oblike. Ova značajka utječe na činjenicu da dijele 3 domene.

Međusobno podrijetlo

E₁ Njegov aktivni centar uspostavlja vezu s TTP, a aktivni centar E₃ - s FAD-om. Enzim ljudskog tijela E₁ sadrži u obliku tetramera, koji se sastoji od četiri podjedinice: dva E₁alfa i dva E₁Beta. Regulatorni proteini su predstavljeni kao protein kinaza i fosfoprotein fosfataza. Ova vrsta strukture (E.₁-E₂-E₃) i dalje ostaje element konzervativizma u evolucijskoj nastavi. Kompleksi sa sličnom strukturom i uređajem mogu sudjelovati u različitim reakcijama koje se razlikuju od standardnih, na primjer kada se podvrgavaju oksidaciji alfa - ketoglutarata tijekom ciklusa Krebs također se oksidira i alfa - keto kiseline, nastalo zbog kataboličke upotrebe aminokiselina razgranatog tipa: valin, leucin i izoleucin.

Kompleks piruvat dehidrogenaze ima enzim E₃, koji se također javlja u drugim kompleksima. Sličnost proteinske strukture, kofaktora i mehanizama reakcije ukazuje na zajedničko podrijetlo. Lipoat je vezan za lizin E₂, i stvara neku vrstu "ruke" koja se može premjestiti iz aktivnog centra E₁ do aktivnih centara E₂ i E₃, što je približno 5 nm.

Eukarioti u kompleksu piruvat dehidrogenaze sadrže dvanaest podjedinica E3BP (E.₃ Vezujući protein ne-katalitičke prirode). Mjesto ovog proteina nije točno poznato. Postoji hipoteza da taj protein zamjenjuje neki podskup podjedinice. E₂ u kravlji PDH.

Komunikacija s mikroorganizmima

Ovaj kompleks je inherentan nekim vrstama bakterija anaerobnog tipa. Međutim, broj bakterijskih organizama koji imaju PDH u svojoj strukturi je mali. Funkcije koje kompleks provodi u bakterijama su, u pravilu, svedene na opće procese. Na primjer, uloga kompleksa piruvat dehidrogenaze u bakteriji Zymonomonas mobilis je u alkoholnoj fermentaciji. Pukvatske bakterije u iznosu do 98% potrošit će se upravo u takve svrhe. preostalih nekoliko postotaka oksidirano ugljični dioksid, nikotinamid adenin dinukleotida, acetil-CoA i t. d. Zanimljivo struktura piruvat dehidrogenaza kompleksu u Zimomonas mobilis. Ovaj mikroorganizam uključuje četiri enzima: E₁alfa, E₁beta, E₂ i E₃. U PDH ove bakterije postoji lipoidna domena unutar E₁beta, što ga čini jedinstvenim. Kompleks kompleksa zastupa E₂, i sama organizacija kompleksa ima oblik dodekaedra pentagonalnog tipa. Zymononas mobilis nema cijeli niz enzima ciklusa trikarboksilne kiseline, pa se njegov PDH bavi samo anaboličkim funkcijama.

PDH u čovjeku

Čovjek, poput ostalih živih organizama, ima gene uključene u PDH kodiranje. U X kromosomu, gen E₁a - PDHA 1. Mehanizam djelovanja kompleksa piruvat dehidrogenaze je važno da proizlazi iz činjenice da postoji više od trideset vrste mutantnih alela gena u gore, a svaki od mutacije vodi PDH-neuspjeh. Simptomatologija bolesti može varirati od blage naravi laktatatsidozovyh problema do fatalnih grešaka u razvoju organizma. Muškarci koji imaju X-kromosom koji uključuje takav alel očekuju ranu smrt u vrlo mladoj dobi. Ženke također prolaze ovu bolest, ali u manjoj mjeri, a sam problem je da se inaktivira bilo koji X-kromosom.

Problemi s mutacijom

E₁beta - PDHB - nalazi se na trećem kromosomu. U ovom su genu poznati samo dva alela mutantnog tipa, koji su, u homozigotnom položaju, doveli do kobnog ishoda tijekom cijele godine, što je povezano s malformacijama.

Vjerojatno postoje i drugi slični aleli koji mogu uzrokovati smrt punom razvoju tijela. E₂ - DLAT - koncentrirana je na jedanaestom kromosomu. Čovječanstvo je svjesno dva alela ovog gena koji će stvarati probleme u budućnosti, ali odgovarajuća prehrana može nadoknaditi to. Postoji velika vjerojatnost da će fetus umrijeti unutar maternice uslijed drugih mutacija tog gena. E₃ - dld - nalazi se na sedmom kromosomu i uključuje veliki broj alela. Vrlo veliki postotak njih dovodi do pojave genetskih bolesti koje će biti povezane s kršenjem metabolizma aminokiselina.

zaključak

Ispitali smo važnost kompleksa piruvat-dehidrogenaze za žive organizme. Reakcije se pojavljuju u njoj su usmjerene prvenstveno na dekarboksilacije piruvata do oksidacije i visoko specijalizirani PDH, ali pod drugim uvjetima, u prisustvu određenih razloga, a može obavljati i druge značajke znakova, kao što su da sudjeluju u fermentaciji. Također smo otkrili da kompleksi tipa proteina, su sudjelovali u piruvat oksidacije, sastoji se od pet enzima koji su u mogućnosti da rade samo u prisustvu pet kofaktora. Svaka promjena u algoritmu kompleksnog dekarboksilacijskog mehanizma može uzrokovati ozbiljne patologije, pa čak i dovesti do smrti pojedinca.