I den här artikeln kommer vi att försöka förklara på ett tillgängligt sätt vad pyruvatdehydrogenaskomplexet är och processens biokemi, för att avslöja sammansättningen av enzymer och koenzymer, för att indikera rollen och betydelsen av detta komplex i naturen och människoliv. Dessutom kommer möjliga konsekvenser av brott mot komplexets funktionella syfte och tidpunkten för deras manifestation att övervägas.
Introduktion till konceptet
Pyruvatdehydrogenaskomplex (PDH) är ett komplex av proteintyp vars roll är att utföra oxidationen av pyruvat som ett resultat av dekarboxylering. Detta komplex innehåller 3 enzymer, såväl som två proteiner som är nödvändiga för genomförandet av hjälpfunktioner. För att pyruvatdehydrogenaskomplexet ska fungera måste vissa kofaktorer vara närvarande. Det finns fem av dem: CoA, nikotinamidadenindinukleotid, flavinadenindinukleotid, tiaminpyrofosfat och lipoat.
Lokalisering av PDH i bakteriella organismer är koncentrerad i cytoplasman, eukaryota celler lagrar deti matrisen på mitokondrier.
Associerad med pyruvatdekarboxylering
Betydelsen av pyruvatdehydrogenaskomplexet ligger i oxidationsreaktionen av pyruvat. Tänk på kärnan i denna process.
Mekanismen för pyruvatoxidation under inverkan av dekarboxylering är en process av biokemisk natur, där klyvningen av CO2-molekylen i singularis sker, och då sker detta molekyl läggs till pyruvat, utsätts för dekarboxylering och tillhör koenzym A (CoA). Det är så acetyl-KoA skapas. Detta fenomen upptar en mellanplats mellan glykolysprocesserna och trikarboxylsyracykeln. Processen för pyruvatdikarboxylering utförs med deltagande av en komplex MPC, som, som tidigare nämnts, inkluderar tre enzymer och två hjälpproteiner.
Coenzymes roll
För pyruvatdehydrogenaskomplexet spelar enzymer en avgörande roll. De kan dock börja sitt arbete endast i närvaro av fem koenzymer eller grupper av den protetiska typen som listades ovan. Själva processen kommer så småningom att leda till att acylgruppen kommer att ingå i CoA-acetylen. På tal om koenzymer måste du veta att fyra av dem tillhör vitaminderivat: tiamin, riboflavin, niacin och pantotensyra.
Flavina adenindinukleotid och nikotinamidadenindinukleotid är involverade i elektronöverföring, och tiaminpyrofosfat, känt för många sompyruvatdekarboxyl-koenzym, går in i fermenteringsreaktioner.
Aktivering av tiolgruppen
Acetyleringskoenzym (A) - innehåller en grupp av tioltyp (-SH), som är mycket aktiv, det är kritiskt och nödvändigt för att CoA ska fungera som ett ämne som kan överföra acylgruppen till tiolen och bilda tioeter. Estrar av tioler (tioetrar) har en ganska hög grad av hydrolysenergi av fri natur, därför har de en hög potential för att överföra en acylgrupp till en mängd olika acceptormolekyler. Det är därför acetyl CoA periodvis kallas aktiverad CH3COOH.
Elektronöverföring
Förutom de fyra kofaktorer som är derivat av vitaminer, finns det en 5:e kofaktor av pyruvatdehydrogenaskomplexet, kallad lipoat. Den har 2 grupper av tioltyp som kan genomgå reversibel oxidation, vilket resulterar i bildandet av en disulfidbindning (-S-S-), som liknar hur denna process fortskrider mellan aminosyror och cysteinrester i proteiner. Förmågan att oxidera och återhämta sig ger lipoatet förmågan att vara en bärare inte bara av acylgruppen utan även av elektroner.
Enzymatisk kit
Av enzymerna innehåller pyruvatdehydrogenaskomplexet tre huvudkomponenter. Det första enzymet är pyruvatdehydrosenas (E1). Det andra enzymet ärdihydrolipoyldehydrogenas (E3). Den tredje är dihydrolipoyltransacetylas (E2). Pyruvatdehydrogenaskomplexet inkluderar dessa enzymer och lagrar dem i ett stort antal kopior. Antalet kopior av varje enzym kan vara olika, och därför kan storleken på komplexet variera mycket. PDH-komplexet hos däggdjur är cirka 50 nanometer i diameter. Detta är 5-6 gånger större än ribosomens diameter. Sådana komplex är mycket stora, så de kan urskiljas i ett elektronmikroskop.
Den grampositiva bacillus stearothermophilus-bakterien har sextio identiska kopior av dihydrolipoyltransacetylas i sin PDH, som i sin tur skapar en femkantig dodekaeder med en diameter på cirka 25 nanometer. Den grampositiva bakterien Escherichia coli innehåller tjugofyra kopior av E2, kat. fäster lipoatets protesgrupp till sig själv och upprättar en bindning av amidtyp med aminogruppen i lysinresten som ingår i E2.
Dihydrolipoyltransacetylas byggs av interaktionen mellan 3 domäner som har funktionella skillnader. Dessa är: en aminoterminal lipoyldomän innehållande en lysinrest och associerad med ett lipoat; bindande domän (central E1- och E3-); intern acyltransferasdomän, som inkluderar acyltransferascentra av aktiv typ.
Jästpyruvatdehydrogenaskomplexet har bara en domän av lipoyltyp, däggdjur har två sådana domäner och bakterien Escherichia coli har tre. Länksekvensen av aminosyror som ärav tjugo till trettio aminosyrarester, delar E2, medan alanin- och prolinrester är varvas med aminosyrarester som är laddade. Dessa länkar har oftast utökade former. Den här funktionen påverkar det faktum att de delar tre domäner.
Ursprungsförhållande
E1 upprättar en förbindelse med TTP:n med dess aktiva center, och det aktiva centret E3 upprättar en förbindelse med FAD. Människokroppen innehåller enzymet E1 i form av en tetramer, som består av fyra underenheter: två E1alpha och två E 1 beta. Regulatoriska proteiner presenteras i form av proteinkinas och fosfoproteinfosfatas. Denna typ av struktur (E1- E2- E 3) förblir ett inslag av konservatism i evolutionär undervisning. Komplex med liknande struktur och struktur kan delta i en mängd olika reaktioner som skiljer sig från de vanliga, till exempel när α-ketoglutarat oxideras under Krebs-cykeln oxideras även α-ketosyra, som bildades på grund av katabolisk användning av grenade aminosyror: valin, leucin och isoleucin.
Pyruvatdehydrogenaskomplexet har enzymet E3, som även finns i andra komplex. Likheten mellan proteinstruktur, kofaktorer och även reaktionsmekanismer pekar på ett gemensamt ursprung. Lipoatet fästs vid lysinet E2, och en sorts "hand" skapas som kan förflyttas från det aktiva centret E1 till aktiva centra E 2 ochE3, vilket är ungefär 5 nm.
Eukaryoter i pyruvatdehydrogenaskomplexet innehåller tolv underenheter av E3BP (E3 – ett bindande protein av icke-katalytisk natur). Den exakta platsen för detta protein är inte känd. Det finns en hypotes att detta protein ersätter någon delmängd av subed. E2 i ko PDH.
Kommunikation med mikroorganismer
Det övervägda komplexet är inneboende i vissa typer av anaeroba bakterier. Däremot är antalet bakteriella organismer som har PDH i sin struktur litet. Funktionerna som utförs av komplexet i bakterier reduceras som regel till allmänna processer. Till exempel är rollen för pyruvatdehydrogenaskomplexet i bakterien Zymonomonas mobilis alkoholfermentering. Pyruvatbakterier i mängden upp till 98 % kommer att användas för sådana ändamål. De återstående få procenten oxideras till koldioxid, nikotinamidadenindinukleotid, acetyl-CoA etc. Strukturen av pyruvatdehydrogenaskomplexet i Zymomonas mobilis är intressant. Denna mikroorganism har fyra enzymer: E1alpha, E1beta, E2 och E 3. PDH för denna bakterie innehåller en lipoyldomän inom E1beta, vilket gör den unik. Kärnan i komplexet är E2, och själva organisationen av komplexet tar formen av en femkantig dodekaeder. Zymomonas mobilis har inte en hel serie enzymer i trikarboxylsyracykeln, och därför är dess PDH endast engagerad i anabola funktioner.
PDH in man
Människan, liksom andra levande organismer,har gener som kodar för PDH. Genen E1alpha – PDHA 1 är lokaliserad på X-kromosomen till PDH-brist. Symptomen på sjukdomen kan variera mycket från milda laktacidosproblem till dödliga missbildningar i kroppens utveckling. Män vars X-kromosom innehåller en liknande allel kommer snart att dö i mycket ung ålder. Kvinnliga individer drabbas också av denna sjukdom, men i mindre utsträckning, och själva problemet är inaktiveringen av någon X-kromosom.
Problem of mutations
E1beta - PDHB - finns på den tredje kromosomen. Endast två alleler av mutanttyp är kända för denna gen, som, eftersom den är i en homozygot position, leder till ett dödligt utfall under hela året, vilket är förknippat med missbildningar.
Förmodligen finns det andra liknande alleler som kan orsaka dödsfall innan organismen har utvecklats fullt ut. E2 - DLAT - koncentrerad på den elfte kromosomen. Mänskligheten känner till två alleler av denna gen som kommer att skapa problem i framtiden, men rätt kost kan kompensera för detta. Det finns en stor chans att fostret kommer att dö inne i livmodern på grund av andra mutationer i denna gen. E3 - dld - ligger på den sjunde kromosomen och inkluderar ett stort antal alleler. Tillräckligten stor andel av dem leder till uppkomsten av sjukdomar av genetisk natur, som kommer att vara förknippade med en kränkning av aminosyrametabolismen.
Slutsats
Vi har övervägt hur viktigt pyruvatdehydrogenaskomplexet är för levande organismer. Reaktionerna som förekommer i den är främst inriktade på dekarboxylering av pyruvat genom oxidation, och PDH i sig är mycket specialiserad, men under olika förhållanden, av vissa skäl, kan den också utföra funktioner av en annan karaktär, till exempel delta i fermentering. Vi fann också att komplex av proteintyp som är involverade i pyruvatoxidation består av fem enzymer som förblir funktionella endast i närvaro av fem kofaktorer. Alla förändringar i algoritmen för den komplexa mekanismen för dekarboxylering kan orsaka allvarliga patologier och till och med leda till döden för individen.
