V tem članku bomo poskušali na dostopen način razložiti, kaj je kompleks piruvat dehidrogenaze in biokemijo procesa, razkriti sestavo encimov in koencimov, nakazati vlogo in pomen tega kompleksa v naravi in človeško življenje. Poleg tega bodo upoštevane morebitne posledice kršitve funkcionalnega namena kompleksa in časa njihove manifestacije.
Uvod v koncept
Piruvat dehidrogenazni kompleks (PDH) je kompleks proteinskega tipa, katerega vloga je izvajati oksidacijo piruvata kot rezultat dekarboksilacije. Ta kompleks vsebuje 3 encime in dva proteina, ki sta potrebna za izvajanje pomožnih funkcij. Za delovanje kompleksa piruvat dehidrogenaze morajo biti prisotni nekateri kofaktorji. 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 jo shranjujejov matriksu na mitohondrijih.
Povezan z dekarboksilacijo piruvata
Pomen kompleksa piruvat dehidrogenaze je v oksidacijski reakciji piruvata. Razmislite o bistvu tega postopka.
Mehanizem oksidacije piruvata pod vplivom dekarboksilacije je proces biokemične narave, pri katerem pride do cepitve molekule CO2 v ednini, nato pa ta molekula je dodana piruvatu, podvržena dekarboksilaciji in pripada koencimu A (CoA). Tako nastane acetil-KoA. Ta pojav zaseda vmesno mesto med procesi glikolize in ciklom trikarboksilne kisline. Postopek dikarboksilacije piruvata poteka s sodelovanjem kompleksnega MPC, ki, kot že omenjeno, vključuje tri encime in dva pomožna proteina.
Vloga koencimov
Za kompleks piruvat dehidrogenaze imajo encimi ključno vlogo. Vendar pa lahko začnejo svoje delo le ob prisotnosti petih koencimov ali skupin protetičnega tipa, ki so bile navedene zgoraj. Sam postopek bo sčasoma pripeljal do dejstva, da bo acilna skupina vključena v CoA-acetil. Ko smo že pri koencimih, morate vedeti, da štirje od njih spadajo med vitaminske derivate: tiamin, riboflavin, niacin in pantotenska kislina.
Flavina adenin dinukleotid in nikotinamid adenin dinukleotid sodelujeta pri prenosu elektronov, tiamin pirofosfat, ki je mnogim znan kotpiruvat dekarboksilni koencim, vstopi v fermentacijske reakcije.
Aktivacija tiolne skupine
Acetilacijski koencim (A) - vsebuje skupino tiolnega tipa (-SH), ki je zelo aktivna, je kritična in potrebna, da CoA deluje kot snov, ki lahko prenese acilno skupino na tiol in tvori tioeter. Estri tiolov (tioetri) imajo dokaj visoko stopnjo hidrolizne energije proste narave, zato imajo velik potencial za prenos acilne skupine na različne akceptorske molekule. Zato se acetil CoA občasno imenuje aktiviran CH3COOH.
Prenos elektronov
Poleg štirih kofaktorjev, ki so derivati vitaminov, obstaja še 5. kofaktor kompleksa piruvat dehidrogenaze, imenovan lipoat. Ima 2 skupini tiolnega tipa, ki sta lahko podvrženi reverzibilni oksidaciji, kar povzroči nastanek disulfidne vezi (-S-S-), ki je podobna temu, kako ta proces poteka med aminokislinami in cisteinskimi ostanki v beljakovinah. Sposobnost oksidacije in obnavljanja daje lipoatu sposobnost, da je nosilec ne le acilne skupine, ampak tudi elektronov.
enzimski komplet
Od encimov kompleks piruvat dehidrogenaze vključuje tri glavne komponente. Prvi encim je piruvat dehidrozenaza (E1). Drugi encim jedihidrolipoil dehidrogenaza (E3). Tretja je dihidrolipoiltransacetilaza (E2). Kompleks piruvat dehidrogenaze vključuje te encime in jih shranjuje v velikem številu kopij. Število kopij vsakega encima je lahko različno, zato se lahko velikost kompleksa zelo razlikuje. Kompleks PDH pri sesalcih ima premer približno 50 nanometrov. To je 5-6 krat večje od premera ribosoma. Takšni kompleksi so zelo veliki, zato jih je mogoče razlikovati v elektronskem mikroskopu.
Gram-pozitivna bakterija bacillus stearothermophilus ima v svojem PDH šestdeset identičnih kopij dihidrolipoil transacetilaze, ki posledično ustvarijo dodekaeder peterokotnega tipa s premerom približno 25 nanometrov. Gram pozitivna bakterija Escherichia coli vsebuje štiriindvajset kopij E2, kat. nase pritrdi protetično skupino lipoata in vzpostavi vez amidne vrste z amino skupino lizinskega ostanka, vključeno v E2.
Dihidrolipoiltransacetilaza je zgrajena z interakcijo 3 domen, ki imajo funkcionalne razlike. To so: aminoterminalna lipoilna domena, ki vsebuje lizinski ostanek in je povezana z lipoatom; zavezujoča domena (centralna E1- in E3-); notranja domena aciltransferaze, ki vključuje centre aciltransferaze aktivnega tipa.
Kvasni kompleks piruvat dehidrogenaze ima samo eno domeno lipoilnega tipa, sesalci imajo dve taki domeni, bakterija Escherichia coli pa tri. Povezovalno zaporedje aminokislin, ki sood dvajsetih do tridesetih aminokislinskih ostankov, deli E2, medtem ko so ostanki alanina in prolina vmesni z aminokislinskimi ostanki, ki so napolnjeni. Ti povezovalci imajo najpogosteje razširjene oblike. Ta funkcija vpliva na dejstvo, da si delijo 3 domene.
razmerje izvora
E1 vzpostavi povezavo s TTP s svojim aktivnim centrom, aktivni center E3 vzpostavi povezavo s FAD. Človeško telo vsebuje encim E1 v obliki tetramera, ki je sestavljen iz štirih podenot: dveh E1alfa in dveh E 1 beta. Regulatorni proteini so predstavljeni v obliki protein kinaze in fosfoprotein fosfataze. Ta vrsta strukture (E1- E2- E 3) ostaja element konzervativizma v evolucijskem poučevanju. Kompleksi s podobno zgradbo in strukturo lahko sodelujejo v različnih reakcijah, ki se razlikujejo od standardnih, na primer, ko se α-ketoglutarat oksidira med Krebsovim ciklom, se oksidira tudi α-keto kislina, ki je nastala zaradi katabolne izrabe razvejanih aminokislin: valin, levcin in izolevcin.
Kompleks piruvat dehidrogenaze ima encim E3, ki ga najdemo tudi v drugih kompleksih. Podobnost strukture beljakovin, kofaktorjev in tudi reakcijskih mehanizmov kaže na skupen izvor. Lipoat je pritrjen na lizin E2 in ustvari se nekakšna "roka", ki se lahko premika iz aktivnega centra E1 v aktivni centri E 2 inE3, kar je približno 5 nm.
Evkarioti v kompleksu piruvat dehidrogenaze vsebujejo dvanajst podenot E3BP (E3 – vezni protein nekatalitične narave). Natančna lokacija te beljakovine ni znana. Obstaja hipoteza, da ta beljakovina nadomesti nekaj podskupine podskupine. E2 v kravji PDH.
Komunikacija z mikroorganizmi
Obravnavani kompleks je lasten nekaterim vrstam anaerobnih bakterij. Vendar pa je število bakterijskih organizmov, ki imajo v svoji strukturi PDH, majhno. Funkcije, ki jih kompleks opravlja v bakterijah, se praviloma zmanjšajo na splošne procese. Na primer, vloga kompleksa piruvat dehidrogenaze v bakteriji Zymonomonas mobilis je alkoholna fermentacija. Za te namene bodo porabljene bakterije piruvata v količini do 98 %. Preostalih nekaj odstotkov se oksidira v ogljikov dioksid, nikotinamid adenin dinukleotid, acetil-CoA itd. Zanimiva je struktura kompleksa piruvat dehidrogenaze v Zymomonas mobilis. Ta mikroorganizem ima štiri encime: E1alfa, E1beta, E2 in E 3. PDH te bakterije vsebuje lipoilno domeno znotraj E1beta, zaradi česar je edinstvena. Jedro kompleksa je E2, sama organizacija kompleksa pa ima obliko peterokotnega dodekaedra. Zymomonas mobilis nima cele vrste encimov cikla trikarboksilne kisline, zato je njegov PDH vključen samo v anabolične funkcije.
PDH v človeku
Človek, tako kot drugi živi organizmi,ima gene, ki kodirajo PDH. Gen E1alfa – PDHA 1 je lokaliziran na kromosomu X. zaradi pomanjkanja PDH. Simptomi bolezni so lahko zelo različni, od blagih težav z laktacidozo do smrtonosnih malformacij v razvoju telesa. Moški, katerih kromosom X vključuje podoben alel, bodo kmalu umrli v zelo mladih letih. Ta bolezen prizadene tudi ženske, vendar v manjši meri, sama težava pa je inaktivacija katerega koli X kromosoma.
Težave z mutacijami
E1beta - PDHB - se nahaja na tretjem kromosomu. Za ta gen sta znana le dva alela mutantnega tipa, ki v homozigotnem položaju vodita v smrtni izid skozi vse leto, kar je povezano z malformacijami.
Verjetno obstajajo še drugi podobni aleli, ki lahko povzročijo smrt pred popolnim razvojem organizma. E2 - DLAT - koncentriran na enajstem kromosomu. Človeštvo pozna dva alela tega gena, ki bosta v prihodnosti povzročala težave, a prava prehrana lahko to nadomesti. Obstaja velika verjetnost, da bo plod umrl v maternici zaradi drugih mutacij v tem genu. E3 - dld - se nahaja na sedmem kromosomu in vključuje veliko število alelov. Dovoljvelik odstotek od njih vodi do pojava bolezni genetske narave, ki bodo povezane s kršitvijo presnove aminokislin.
Sklep
Upoštevali smo, kako pomemben je kompleks piruvat dehidrogenaze za žive organizme. Reakcije, ki se v njem pojavljajo, so usmerjene predvsem v dekarboksilacijo piruvata z oksidacijo, sam PDH pa je visoko specializiran, vendar lahko pod različnimi pogoji, z določenimi razlogi opravlja tudi funkcije drugačne narave, na primer sodeluje pri fermentaciji. Ugotovili smo tudi, da komplekse proteinskega tipa, ki sodelujejo pri oksidaciji piruvata, sestavlja pet encimov, ki ostanejo funkcionalni le v prisotnosti petih kofaktorjev. Vsaka sprememba algoritma kompleksnega mehanizma dekarboksilacije lahko povzroči resne patologije in celo povzroči smrt posameznika.
