Co je komplex pyruvát dehydrogenázy?

V tomto článku se budeme vysvětlovat k dispozici, že je pyruvátdehydrogenasu složitý a biochemie procesu, odhalí struktury enzymů a koenzymy, identifikovat úlohu a význam tohoto komplexu v přírodě a lidského života. Dále budou brány v úvahu možné důsledky porušení funkčního účelu komplexu a doby projevu.

Poznání tohoto konceptu

Pyruvát dehydrogenázový komplex (PDH) je komplex typu proteinu, jehož úlohou je oxidace pyruvátu v důsledku dekarboxylace. Tento komplex obsahuje 3 enzymy, stejně jako dva proteiny, nezbytné pro realizaci pomocných funkcí. Ke komplexu pyruvát dehydrogenázy může fungovat, je nutné mít určité kofaktory. Pět z nich: CoA, nikotinamidadenindinukleotid, flavinadenindinukleotid, thiamin pyrofosfát a lipoate.

Lokalizace PDH v bakteriálních organismech je koncentrovaná v cytoplazmě, eukaryotické buňky ji ukládají v matrici na mitochondrii.

Spojení s dekarboxylací pyruvátu

Hodnota komplexu pyruvát dehydrogenázy spočívá v oxidační reakci pyruvátu. Zvažte podstatu tohoto procesu.

Mechanismus oxidace pyruvátu pod vlivem dekarboxylace je proces biochemické povahy, ve kterém je molekula CO štěpena₂ v singulární části a následně přidáním této molekuly k pyruvátu, který je podroben dekarboxylaci a patří k koenzymu A (CoA). Takto vzniká acetyl-KoA. Tento jev zaujímá mezilehlé místo mezi procesy glykolýzy a cyklem trikarboxylových kyselin. Způsob dikarboxylace pyruvátu se provádí za účasti komplexního MPC, který zahrnuje, jak bylo uvedeno výše, tři enzymy a dva proteiny pomocného typu.

Role koenzymů

U komplexu pyruvát dehydrogenázy hrají důležitou roli enzymy. Jejich práce však mohou začít pouze v přítomnosti pěti koenzymů nebo skupin protetického typu, které byly uvedeny výše. Samotný proces nakonec povede ke skutečnosti, že acylová skupina vstoupí do CoA-acetylu. Když už mluvíme o koenzymu, je třeba vědět, že čtyři z nich patří mezi deriváty vitaminu thiamin, riboflavin, niacin a kyselinu pantotenovou.

Flavin adenin dinukleotid a nikotinamid adenin dinukleotid zabývá přenosu elektronů, a thiamin pyrofosfát, mnoho známý jako koenzym piruvatdekarboksilny vstupuje do fermentační reakce.

Aktivace thiolové skupiny

Koenzym acetylace (A) - skupina obsahuje thiolovou typ (-SH), což je velmi aktivní, je velmi důležité a nezbytné CoA fungoval jako látka, která může přenášet acylovou skupinu, za vzniku thiolu a thioester. Estery thioly (thioethery) - mají poměrně vysokou rychlost hydrolýzy volné energie přírody, protože mají vysoký potenciál přenosu acylové skupiny na různé molekuly akceptoru. Proto je acetyl CoA periodicky nazýván aktivovaným CH₃COOH.

Přenos elektronů

Kromě čtyř kofaktory, které mají povahu deriváty vitaminů, je zde 5. kofaktorem komplexu pyruvát dehydrogenázy, tzv lipoate. Jsou vlastní thiolových skupin typu 2, které jsou schopné podstoupit reversibilní oxidační účinky, což vede k tvorbě disulfidové vazby znaku (-S-S-), který je podobný tomu, jak se vyskytuje tento proces mezi aminokislotytsisteinnymi zbytků v proteinech. Schopnost oxidovat a regenerovat dává lipoátu schopnost nést nejen acylovou skupinu, ale i elektrony.

Enzymatická souprava

Enzymy obsahují pyruvát dehydrogenázový komplex tři hlavní složky. Prvním enzymem je pyruvát dehydrogenasa (E₁). Druhým enzymem je dihydrolipoyldehydrogenasa (E₃). Třetí je dihydrolipoyltransetyláza (E₂). Komplex pyruvát dehydrogenázy zahrnuje tyto enzymy a ukládá je do velkého počtu kopií. Počet kopií každého enzymu může být různý a velikost souboru se proto může značně lišit. PDH komplex u savců dosahuje přibližně 50 nanometrů v průměru. To je více než 5-6 násobek průměru ribozomu. Takové komplexy jsou velmi velké, takže je lze rozlišovat v elektronovém mikroskopu.

Gram-pozitivní bakterie Bacillus stearothermophilus PDH v jeho šedesáti má identické kopie digidrolipoiltransatsetilazy, což vytvoří pětiúhelníkový typ dvanáctistěn, s průměrem přibližně 25 nm. Gram-pozitivní bakterie Escherichia coli obsahuje dvacet čtyři kopií E₂, kat. přidává k sobě prostetickou skupinu lipoátu a vytváří vazbu amidového typu s aminoskupinou lysinového zbytku, který vstupuje do E₂.

Dihydrolipoyltransethylasa je konstruována interakcí 3 domén s funkčními rozdíly. Jedná se o: aminokoncovou lipoylovou doménu obsahující lyzinový zbytek a doménu vázající lipoatomy (centrální E_L- a E_3-) - interní doménu acyltransferázy, která zahrnuje centra acyltransferázy aktivního typu.

Komplexu pyruvát dehydrogenázy kvasinek má sám o sobě pouze jeden typ lipoilnogo domény, tyto savci mají dvě domény, a bakterie Escherichia coli - tři. Spojovací sekvence aminokyselin, která se skládá z dvaceti až třiceti aminokyselinových zbytků, odděluje E₂, zatímco zbytky alaninů a prolínu rozptýlených aminokyselinovými zbytky, které jsou nabité. Tyto linkery mají často rozšířené formy. Tato funkce ovlivňuje skutečnost, že sdílí 3 domény.

Vzájemná souvislost původu

E₁ Jeho aktivní centrum vytváří spojení s TTP a aktivním centrem E₃ - s FAD. Enzym lidského těla E₁ obsahuje ve formě tetrameru, který se skládá ze čtyř podjednotek: dva E₁alfa a dvě E₁beta. Regulační proteiny jsou reprezentovány jako protein kináza a fosfoproteinová fosfatáza. Tento typ struktury (E₁-E₂-E₃) zůstává součástí konzervativismu v evolučním učení. Komplexy s podobnou strukturou a zařízením se mohou podílet na řadě reakcí, které se liší od standardních, například když jsou podrobeny oxidaci alfa - ketoglutarátu v průběhu Krebsova cyklu alfa-keto-kyselinu, která vznikla v důsledku katabolického využití aminokyselin rozvětveného typu: valin, leucin a isoleucin.

Pyruvát dehydrogenázový komplex má enzym E₃, což se také vyskytuje v jiných komplexech. Podobnost struktury proteinů, kofaktory a také reakční mechanismy naznačují společný původ. Lipoát je připojen k lysinu E₂, a vytvoří takovou "ruku", která se může pohybovat z aktivního centra E₁ do aktivních center E₂ a E₃, což je přibližně 5 nm.

Eukaryoty v komplexu pyruvát dehydrogenasy obsahují dvanáct podjednotek E3BP (E₃ Vazebný protein nekatalytické povahy). Umístění tohoto proteinu není přesně známo. Existuje hypotéza, že tento protein nahrazuje některé podmnožiny podjednotky. E₂ v krávě PDH.

Komunikace s mikroorganismy

Tento komplex je vlastní některým druhům bakterií anaerobního typu. Nicméně počet bakteriálních organismů, které mají ve své struktuře PDH, je malý. Funkce prováděné komplexem v bakteriích se zpravidla omezují na obecné procesy. Například úloha komplexu pyruvát dehydrogenázy v bakterie Zymonomonas mobilis fermentace je alkoholický charakter. Pyruvátové bakterie v množství až 98% budou vynaloženy přesně pro takové účely. zbývajících několik procent se oxiduje na oxid uhličitý, nikotinamidadenindinukleotidem, acetyl-CoA a t. d. Je zajímavé strukturu komplexu pyruvát dehydrogenázy v Zimomonas mobilis. Tento mikroorganismus zahrnuje čtyři enzymy: E₁alfa, E₁beta, E₂ a E₃. V PDH této bakterie je lipidová doména v E₁beta, což je jedinečné. Komplex komplexu je zastoupen E₂, a organizace samotného komplexu má formu dodecahedronu pentagonálního typu. Zymononas mobilis nemá celou řadu enzymů cyklu kyseliny trikarboxylové, a proto se jeho PDH zabývá pouze anabolickými funkcemi.

PDH v člověku

Člověk, stejně jako jiné živé organismy, má geny zapojené do kódování PDH. V chromozómu X je gen E₁alfa - PDHA 1. Mechanismus působení komplexu pyruvát dehydrogenázy je mimořádně důležité, aby se vychází ze skutečnosti, že existuje více než třicet typů mutantních alel genu ve výše, a každý z mutace vede k PDH-selhání. Symptomatologie onemocnění se může velmi lišit od problémů s kyselinou laktátovou slabě vyjádřeného charakteru k smrtelným zločinům ve vývoji organismu. Muži, kteří mají X-chromozom, který obsahuje takovou alelu, čekají na časnou smrt ve velmi mladém věku. Ženské jedinci také podstupují toto onemocnění, avšak v menší míře a samotný problém je inaktivovat jakýkoli chromozom X.

Problémy s mutací

E₁beta - PDHB - se nachází na třetím chromozomu. Pouze dvě alely mutantního typu jsou známy v tomto genu, který je v homozygotní poloze vedoucí ke smrtelnému výsledku po celý rok, který je spojen s malformací.

Pravděpodobně existují i ​​jiné podobné alely, které mohou způsobit smrt pro úplný vývoj těla. E₂ - DLAT - se soustředí na jedenáctý chromozom. Lidstvo si uvědomuje dvě alely tohoto genu, které budou v budoucnu vytvářet problémy, ale správná strava může tuto skutečnost kompenzovat. Existuje vysoká pravděpodobnost, že plod zemře v děloze kvůli jiným mutacím tohoto genu. E₃ - dld - se nachází na sedmém chromozómu a obsahuje velké množství alel. Poměrně velké procento z nich vede ke vzniku genetických onemocnění, které budou spojeny s porušení metabolismu aminokyselin.

Závěr

Zkoumali jsme, jak důležitý je komplex pyruvát dehydrogenázy pro živé organismy. Reakce v něm vyskytují, jsou především zaměřeny na dekarboxylaci pyruvátu oxidací, a vysoce specializované PDH, ale za různých podmínek, v přítomnosti určitých důvodů, a mohou vykonávat jiné znakové funkce, jako je účast na fermentaci. Také jsme zjistili, že komplexy typu proteinu, jsou zapojeny do pyruvátu oxidaci, který se skládá z pěti enzymů, které jsou schopny pracovat pouze v přítomnosti pěti kofaktorů. Jakékoliv změny v algoritmu složitého mechanismu dekarboxylací může způsobit vážné onemocnění a dokonce vést ke smrti jedince.