Šiame straipsnyje pabandysime suprantamai paaiškinti, kas yra piruvato dehidrogenazės kompleksas ir proceso biochemiją, atskleisti fermentų ir kofermentų sudėtį, nurodyti šio komplekso vaidmenį ir reikšmę gamtoje. ir žmogaus gyvenimą. Be to, bus apsvarstytos galimos komplekso funkcinės paskirties pažeidimo pasekmės ir jų pasireiškimo laikas.
Sąvokos įvadas
Piruvato dehidrogenazės kompleksas (PDH) yra b altymų tipo kompleksas, kurio vaidmuo yra atlikti piruvato oksidaciją dėl dekarboksilinimo. Šiame komplekse yra 3 fermentai, taip pat du b altymai, reikalingi pagalbinėms funkcijoms įgyvendinti. Kad piruvato dehidrogenazės kompleksas veiktų, turi būti tam tikrų kofaktorių. Jų yra penki: CoA, nikotinamido adenino dinukleotidas, flavino adenino dinukleotidas, tiamino pirofosfatas ir lipoatas.
PDH lokalizacija bakterijų organizmuose yra sutelkta citoplazmoje, eukariotinės ląstelės jį saugomitochondrijų matricoje.
Susijęs su piruvato dekarboksilinimu
Piruvato dehidrogenazės komplekso reikšmė slypi piruvato oksidacijos reakcijoje. Apsvarstykite šio proceso esmę.
Piruvato oksidacijos mechanizmas, veikiamas dekarboksilinimo, yra biocheminio pobūdžio procesas, kurio metu įvyksta CO2 molekulės vienaskaitos skilimas, o tada tai molekulė pridedama prie piruvato, dekarboksilinama ir priklauso kofermentui A (CoA). Taip susidaro acetil-KoA. Šis reiškinys užima tarpinę vietą tarp glikolizės procesų ir trikarboksirūgšties ciklo. Piruvato dikarboksilinimo procesas vykdomas dalyvaujant sudėtingam MPC, kuris, kaip minėta anksčiau, apima tris fermentus ir du pagalbinius b altymus.
Kofermentų vaidmuo
Piruvato dehidrogenazės komplekse fermentai atlieka itin svarbų vaidmenį. Tačiau jie gali pradėti savo darbą tik esant penkiems aukščiau išvardytiems kofermentams arba protezavimo tipo grupėms. Pats procesas galiausiai lems, kad acilo grupė bus įtraukta į CoA-acetilą. Kalbant apie kofermentus, reikia žinoti, kad keturi iš jų priklauso vitaminų dariniams: tiaminas, riboflavinas, niacinas ir pantoteno rūgštis.
Flavina adenino dinukleotidas ir nikotinamido adenino dinukleotidas dalyvauja elektronų pernešime, o tiamino pirofosfatas, daugeliui žinomas kaippiruvato dekarboksilo kofermentas, dalyvauja fermentacijos reakcijose.
Tiolio grupės aktyvinimas
Acetilinimo kofermentas (A) – turi tiolio tipo grupę (-SH), kuri yra labai aktyvi, ji yra labai svarbi ir būtina, kad CoA veiktų kaip medžiaga, galinti perkelti acilo grupę į tiolį ir susidaryti tioeteris. Tiolių esteriai (tioeteriai) turi gana didelį laisvos prigimties hidrolizės energijos greitį, todėl turi didelį potencialą perkelti acilo grupę į įvairias akceptorių molekules. Štai kodėl acetilo CoA periodiškai vadinamas aktyvuotu CH3COOH.
Elektronų perdavimas
Be keturių kofaktorių, kurie yra vitaminų dariniai, yra 5-asis piruvato dehidrogenazės komplekso kofaktorius, vadinamas lipoatu. Jame yra 2 tiolio tipo grupės, kurios gali būti grįžtamai oksiduojamos, todėl susidaro disulfidinė jungtis (-S-S-), panaši į tai, kaip šis procesas vyksta tarp aminorūgščių ir cisteino liekanų b altymuose. Gebėjimas oksiduotis ir regeneruotis suteikia lipoatui galimybę būti ne tik acilo grupės, bet ir elektronų nešikliu.
Fermentinis rinkinys
Iš fermentų piruvato dehidrogenazės kompleksą sudaro trys pagrindiniai komponentai. Pirmasis fermentas yra piruvato dehidrozenazė (E1). Antrasis fermentas yradihidrolipoildehidrogenazė (E3). Trečia – dihidrolipoiltransacetilazė (E2). Piruvato dehidrogenazės kompleksas apima šiuos fermentus ir saugo juos daugybe kopijų. Kiekvieno fermento kopijų skaičius gali būti skirtingas, todėl komplekso dydis gali labai skirtis. Žinduolių PDH kompleksas yra apie 50 nanometrų skersmens. Tai 5-6 kartus didesnis už ribosomos skersmenį. Tokie kompleksai yra labai dideli, todėl juos galima atskirti elektroniniu mikroskopu.
Gramteigiamų bacillus stearothermophilus bakterijų PDH yra šešiasdešimt identiškų dihidrolipoiltransacetilazės kopijų, kurios savo ruožtu sukuria maždaug 25 nanometrų skersmens penkiakampio tipo dodekaedrą. Gramteigiamoje Escherichia coli bakterijoje yra dvidešimt keturios E2 kopijos, kat. pritvirtina lipoato protezinę grupę prie savęs ir sukuria amido tipo ryšį su lizino liekanos amino grupe, įtraukta į E2.
Dihidrolipoiltransacetilazė susidaro sąveikaujant 3 domenams, kurie turi funkcinių skirtumų. Tai yra: aminogalinis lipoilo domenas, turintis lizino liekaną ir susietas su lipoatu; privalomas domenas (centrinis E1- ir E3-); vidinis aciltransferazės domenas, apimantis aktyvaus tipo aciltransferazės centrus.
Mielių piruvato dehidrogenazės kompleksas turi tik vieną lipoilo tipo domeną, žinduoliai turi du tokius domenus, o bakterija Escherichia coli – tris. Aminorūgščių jungiamoji seka, kuri yraiš dvidešimt iki trisdešimties aminorūgščių liekanų, dalijasi E2, o alanino ir prolino liekanos yra įsiterpusios su įkrautomis aminorūgščių liekanomis. Šios jungtys dažniausiai turi išplėstas formas. Ši funkcija turi įtakos tam, kad jie dalijasi 3 domenais.
Kilmės santykiai
E1 užmezga ryšį su TTP su aktyviu centru, o aktyvusis centras E3 užmezga ryšį su FAD. Žmogaus kūne yra fermento E1 tetramero pavidalu, kurį sudaro keturi subvienetai: du E1alfa ir du E 1 beta. Reguliuojantys b altymai pateikiami b altymų kinazės ir fosfoproteino fosfatazės pavidalu. Šio tipo struktūra (E1- E2- E 3) išlieka konservatyvumo elementu evoliuciniame mokyme. Panašios struktūros ir struktūros kompleksai gali dalyvauti įvairiose reakcijose, kurios skiriasi nuo standartinių, pavyzdžiui, Krebso ciklo metu oksiduojantis α-ketoglutaratas, oksiduojasi ir α-keto rūgštis, kuri susidarė dėl katabolinio panaudojimo. šakotojo tipo aminorūgštys: valinas, leucinas ir izoleucinas.
Piruvato dehidrogenazės kompleksas turi fermentą E3, kuris taip pat yra kituose kompleksuose. B altymų struktūros, kofaktorių ir reakcijos mechanizmų panašumas rodo bendrą kilmę. Lipoatas yra prijungtas prie lizino E2 ir sukuriama savotiška „ranka“, galinti judėti iš aktyvaus centro E1 į aktyvūs centrai E 2 irE3, tai yra maždaug 5 nm.
Eukariotuose piruvato dehidrogenazės komplekse yra dvylika E3BP subvienetų (E3 – nekatalizinio pobūdžio jungiantis b altymas). Tiksli šio b altymo vieta nėra žinoma. Yra hipotezė, kad šis b altymas pakeičia tam tikrą pogrupį. E2 karvės PDH.
Bendravimas su mikroorganizmais
Aptariamas kompleksas būdingas kai kurioms anaerobinių bakterijų rūšims. Tačiau bakterijų organizmų, kurių struktūroje yra PDH, skaičius yra nedidelis. Komplekso atliekamos funkcijos bakterijose, kaip taisyklė, sumažinamos iki bendrų procesų. Pavyzdžiui, piruvato dehidrogenazės komplekso vaidmuo bakterijoje Zymonomonas mobilis yra alkoholinė fermentacija. Tokiems tikslams bus sunaudojama iki 98% piruvatinių bakterijų. Likę keli procentai oksiduojami į anglies dioksidą, nikotinamido adenino dinukleotidą, acetil-CoA ir kt. Įdomi piruvatdehidrogenazės komplekso struktūra Zymomonas mobilis. Šis mikroorganizmas turi keturis fermentus: E1alfa, E1beta, E2 ir E 3. Šios bakterijos PDH E1beta yra lipoilo domenas, todėl jis yra unikalus. Komplekso šerdis yra E2, o pati komplekso struktūra yra penkiakampio dodekaedro forma. Zymomonas mobilis neturi daugybės trikarboksirūgšties ciklo fermentų, todėl jo PDH atlieka tik anabolines funkcijas.
PDH žmoguje
Žmogus, kaip ir kiti gyvi organizmai,turi genų, koduojančių PDH. Genas E1alpha – PDHA 1 yra lokalizuotas X chromosomoje. prie PDH trūkumo. Ligos simptomai gali būti labai įvairūs – nuo lengvų pieno rūgšties acidozės problemų iki mirtinų organizmo vystymosi apsigimimų. Vyrai, kurių X chromosomoje yra panašus alelis, greitai mirs būdami labai jauno amžiaus. Moterys taip pat kenčia nuo šios ligos, bet mažiau, o pati problema yra bet kurios X chromosomos inaktyvavimas.
Mutacijų problemos
E1beta – PDHB – yra trečioje chromosomoje. Šio geno žinomi tik du mutantinio tipo aleliai, kurie, būdami homozigotinėje padėtyje, visus metus sukelia mirtiną baigtį, kuri yra susijusi su apsigimimais.
Tikriausiai yra ir kitų panašių alelių, galinčių sukelti mirtį iki visiško organizmo išsivystymo. E2 – DLAT – sutelkta vienuoliktoje chromosomoje. Žmonija žino apie du šio geno alelius, kurie ateityje sukels problemų, tačiau tinkama mityba gali tai kompensuoti. Didelė tikimybė, kad vaisius mirs gimdoje dėl kitų šio geno mutacijų. E3 – dld – yra septintoje chromosomoje ir apima daug alelių. Užteksdidelė dalis jų sukelia genetinio pobūdžio ligų, kurios bus susijusios su aminorūgščių apykaitos pažeidimu, atsiradimą.
Išvada
Apsvarstėme, koks svarbus gyviems organizmams yra piruvato dehidrogenazės kompleksas. Jame vykstančios reakcijos pirmiausia nukreiptos į piruvato dekarboksilinimą oksidacijos būdu, o pats PDH yra labai specializuotas, tačiau skirtingomis sąlygomis dėl tam tikrų priežasčių gali atlikti ir kitokio pobūdžio funkcijas, pavyzdžiui, dalyvauti fermentacijoje. Taip pat nustatėme, kad b altymų tipo kompleksai, dalyvaujantys piruvato oksidacijoje, susideda iš penkių fermentų, kurie išlieka funkcionalūs tik esant penkiems kofaktoriams. Bet kokie sudėtingo dekarboksilinimo mechanizmo algoritmo pakeitimai gali sukelti rimtų patologijų ir netgi sukelti asmens mirtį.
