Šajā rakstā mēģināsim saprotamā veidā izskaidrot, kas ir piruvāta dehidrogenāzes komplekss un procesa bioķīmija, atklāt enzīmu un koenzīmu sastāvu, norādīt šī kompleksa lomu un nozīmi dabā. un cilvēka dzīve. Papildus tiks ņemtas vērā iespējamās kompleksa funkcionālā mērķa pārkāpuma sekas un to izpausmes laiks.
Ievads jēdzienā
Pirovāta dehidrogenāzes komplekss (PDH) ir proteīna tipa komplekss, kura uzdevums ir veikt piruvāta oksidēšanu dekarboksilēšanas rezultātā. Šis komplekss satur 3 enzīmus, kā arī divus proteīnus, kas nepieciešami palīgfunkciju īstenošanai. Lai piruvāta dehidrogenāzes komplekss darbotos, ir jābūt noteiktiem kofaktoriem. Ir pieci no tiem: CoA, nikotīnamīda adenīna dinukleotīds, flavīna adenīna dinukleotīds, tiamīna pirofosfāts un lipoāts.
PDH lokalizācija baktēriju organismos koncentrējas citoplazmā, eikariotu šūnas to uzglabāmatricā uz mitohondrijiem.
Saistīts ar piruvāta dekarboksilēšanu
Pirovāta dehidrogenāzes kompleksa nozīme ir piruvāta oksidācijas reakcijā. Apsveriet šī procesa būtību.
Piruvāta oksidēšanās mehānisms dekarboksilēšanas ietekmē ir bioķīmiska rakstura process, kurā notiek CO2 molekulas šķelšanās vienskaitlī, un tad šī molekula tiek pievienota piruvātam, tiek pakļauta dekarboksilēšanai un pieder pie koenzīma A (CoA). Tādā veidā tiek izveidots acetil-KoA. Šī parādība ieņem starpposmu starp glikolīzes procesiem un trikarbonskābes ciklu. Piruvāta dikarboksilēšanas process tiek veikts, piedaloties kompleksam MPC, kas, kā minēts iepriekš, ietver trīs fermentus un divus palīgproteīnus.
Koenzīmu loma
Piruvāta dehidrogenāzes kompleksā fermentiem ir izšķiroša nozīme. Tomēr viņi var sākt savu darbu tikai piecu koenzīmu vai protezēšanas veida grupu klātbūtnē, kas tika uzskaitītas iepriekš. Pats process galu galā novedīs pie tā, ka acilgrupa tiks iekļauta CoA-acetilgrupā. Runājot par koenzīmiem, jums jāzina, ka četri no tiem pieder pie vitamīnu atvasinājumiem: tiamīns, riboflavīns, niacīns un pantotēnskābe.
Flavīna adenīna dinukleotīds un nikotīnamīda adenīna dinukleotīds ir iesaistīti elektronu pārnesē, un tiamīna pirofosfāts, kas daudziem zināms kāpiruvāta dekarboksilskābes koenzīms, iekļūst fermentācijas reakcijās.
Tiolu grupas aktivizēšana
Acetilēšanas koenzīms (A) - satur tiola tipa grupu (-SH), kas ir ļoti aktīva, tā ir kritiska un nepieciešama, lai CoA funkcionētu kā viela, kas var pārnest acilgrupu uz tiolu un veidot tioēteris. Tiolu esteriem (tioēteriem) ir diezgan augsts brīvas dabas hidrolīzes enerģijas ātrums, tāpēc tiem ir liels potenciāls pārnest acilgrupu uz dažādām akceptormolekulām. Tāpēc acetil-CoA periodiski tiek saukts par aktivētu CH3COOH.
Elektronu pārsūtīšana
Papildus četriem kofaktoriem, kas ir vitamīnu atvasinājumi, ir arī 5. piruvāta dehidrogenāzes kompleksa kofaktors, ko sauc par lipoātu. Tajā ir 2 tiola tipa grupas, kas var pakļauties atgriezeniskajai oksidācijai, kā rezultātā veidojas disulfīda saite (-S-S-), kas ir līdzīga tam, kā šis process noris starp aminoskābēm un cisteīna atlikumiem olb altumvielās. Spēja oksidēties un atgūties dod lipoātam spēju būt ne tikai acilgrupas, bet arī elektronu nesējam.
Enzīmu komplekts
No fermentiem piruvāta dehidrogenāzes komplekss ietver trīs galvenās sastāvdaļas. Pirmais enzīms ir piruvāta dehidrozenāze (E1). Otrais ferments irdihidrolipoildehidrogenāze (E3). Trešā ir dihidrolipoiltransacetilāze (E2). Piruvāta dehidrogenāzes komplekss ietver šos fermentus, uzglabājot tos lielā kopiju skaitā. Katra fermenta kopiju skaits var būt atšķirīgs, un tāpēc kompleksa lielums var ievērojami atšķirties. PDH komplekss zīdītājiem ir aptuveni 50 nanometri diametrā. Tas ir 5-6 reizes lielāks par ribosomas diametru. Šādi kompleksi ir ļoti lieli, tāpēc tos var atšķirt elektronu mikroskopā.
Grampozitīvās bacillus stearothermophilus baktērijas PDH satur sešdesmit identiskas dihidrolipoiltransacetilāzes kopijas, kas savukārt veido piecstūra tipa dodekaedru, kura diametrs ir aptuveni 25 nanometri. Grampozitīvā baktērija Escherichia coli satur divdesmit četras E2 kopijas, kat. piestiprina lipoāta protezēšanas grupu pie sevis un izveido amīda tipa saiti ar E2.
lizīna atlikuma aminogrupu.
Dihidrolipoiltransacetilāze veidojas, mijiedarbojoties 3 domēniem, kuriem ir funkcionālas atšķirības. Tie ir: aminoterminālais lipoildomēns, kas satur lizīna atlikumu un ir saistīts ar lipoātu; saistošais domēns (centrālais E1- un E3-); iekšējais aciltransferāzes domēns, kas ietver aktīvā tipa aciltransferāzes centrus.
Rauga piruvāta dehidrogenāzes kompleksam ir tikai viens lipoiltipa domēns, zīdītājiem ir divi šādi domēni, bet baktērijai Escherichia coli ir trīs. Aminoskābju linkera secība, kas irno divdesmit līdz trīsdesmit aminoskābju atlikumiem, dalās E2, savukārt alanīna un prolīna atlikumi ir mijas ar aminoskābju atlikumiem, kas ir uzlādēti. Šiem linkeriem visbiežāk ir paplašinātas formas. Šī funkcija ietekmē to, ka viņiem ir 3 domēni.
Izcelsmes attiecības
E1 izveido savienojumu ar TTP ar tā aktīvo centru, un aktīvais centrs E3 izveido savienojumu ar FAD. Cilvēka ķermenis satur enzīmu E1 tetramēra formā, kas sastāv no četrām apakšvienībām: divām E1alfa un divām E. 1 beta. Regulējošās olb altumvielas ir proteīna kināzes un fosfoproteīna fosfatāzes formā. Šāda veida struktūra (E1- E2- E 3) joprojām ir konservatīvisma elements evolūcijas mācībā. Līdzīgas struktūras un struktūras kompleksi var piedalīties dažādās reakcijās, kas atšķiras no standarta reakcijām, piemēram, Krebsa cikla laikā oksidējoties α-ketoglutarātam, oksidējas arī α-keto skābe, kas veidojusies kataboliskās izmantošanas rezultātā. sazarota tipa aminoskābes: valīns, leicīns un izoleicīns.
Pirovāta dehidrogenāzes kompleksā ir enzīms E3, kas atrodams arī citos kompleksos. Olb altumvielu struktūras, kofaktoru un arī reakcijas mehānismu līdzība norāda uz kopīgu izcelsmi. Lipoāts tiek piesaistīts lizīnam E2, un tiek izveidota sava veida “roka”, kas spēj pārvietoties no aktīvā centra E1 uz aktīvie centri E 2 unE3, kas ir aptuveni 5 nm.
Eukarioti piruvāta dehidrogenāzes kompleksā satur divpadsmit E3BP apakšvienības (E3 – nekatalītiskas dabas saistošs proteīns). Precīza šī proteīna atrašanās vieta nav zināma. Pastāv hipotēze, ka šis proteīns aizstāj kādu apakšgrupas apakškopu. E2 govs PDH.
Saziņa ar mikroorganismiem
Aplūkotais komplekss ir raksturīgs dažiem anaerobo baktēriju veidiem. Tomēr baktēriju organismu skaits, kuru struktūrā ir PDH, ir mazs. Funkcijas, ko komplekss veic baktērijās, parasti tiek samazinātas līdz vispārīgiem procesiem. Piemēram, piruvāta dehidrogenāzes kompleksa loma baktērijā Zymonomonas mobilis ir alkoholiskā fermentācija. Šādiem nolūkiem tiks izlietotas piruvāta baktērijas apjomā līdz 98%. Atlikušie daži procenti tiek oksidēti līdz oglekļa dioksīdam, nikotīnamīda adenīna dinukleotīdam, acetil-CoA utt. Interesanta ir piruvāta dehidrogenāzes kompleksa struktūra Zymomonas mobilis. Šim mikroorganismam ir četri fermenti: E1alfa, E1beta, E2 un E 3. Šīs baktērijas PDH satur lipoila domēnu E1beta, kas padara to unikālu. Kompleksa kodols ir E2, un pati kompleksa organizācija izpaužas piecstūra dodekaedra formā. Zymomonas mobilis nepiemīt vesela virkne trikarbonskābes cikla enzīmu, un tāpēc tā PDH veic tikai anaboliskās funkcijas.
PDH cilvēkā
Cilvēks, tāpat kā citi dzīvie organismi,ir gēni, kas kodē PDH. Gēns E1alpha – PDHA 1 ir lokalizēts X hromosomā. līdz PDH deficītam. Slimības simptomi var ievērojami atšķirties no vieglām laktacidozes problēmām līdz letālām ķermeņa attīstības malformācijām. Vīrieši, kuru X hromosomā ir līdzīga alēle, drīz mirs ļoti jaunā vecumā. Šī slimība skar arī sievietes, taču mazākā mērā, un pati problēma ir jebkuras X hromosomas inaktivācija.
Mutāciju problēmas
E1beta - PDHB - atrodas trešajā hromosomā. Šim gēnam ir zināmas tikai divas mutanta tipa alēles, kuras, atrodoties homozigotā stāvoklī, visu gadu noved pie letāla iznākuma, kas saistīts ar malformācijām.
Iespējams, ir arī citas līdzīgas alēles, kas var izraisīt nāvi pirms pilnīgas organisma attīstības. E2 - DLAT - koncentrēts uz vienpadsmito hromosomu. Cilvēce zina par divām šī gēna alēlēm, kas radīs problēmas nākotnē, taču pareiza diēta to var kompensēt. Pastāv liela iespēja, ka auglis nomirs dzemdē citu šī gēna mutāciju dēļ. E3 - dld - atrodas septītajā hromosomā un ietver lielu skaitu alēļu. Pietiekamiliela daļa no tiem izraisa ģenētiska rakstura slimību rašanos, kas būs saistītas ar aminoskābju metabolisma pārkāpumiem.
Secinājums
Esam apsvēruši, cik svarīgs dzīviem organismiem ir piruvāta dehidrogenāzes komplekss. Tajā notiekošās reakcijas galvenokārt ir vērstas uz piruvāta dekarboksilēšanu oksidācijas ceļā, un pats PDH ir ļoti specializēts, taču dažādos apstākļos ar noteiktu iemeslu dēļ tas var veikt arī atšķirīga rakstura funkcijas, piemēram, piedalīties fermentācijā. Mēs arī atklājām, ka proteīna tipa kompleksi, kas ir iesaistīti piruvāta oksidācijā, sastāv no pieciem fermentiem, kas paliek funkcionāli tikai piecu kofaktoru klātbūtnē. Jebkuras izmaiņas sarežģītā dekarboksilēšanas mehānisma algoritmā var izraisīt nopietnas patoloģijas un pat izraisīt indivīda nāvi.
