Ebben a cikkben megpróbáljuk közérthető módon elmagyarázni, mi a piruvát-dehidrogenáz komplex és a folyamat biokémiája, feltárni az enzimek és koenzimek összetételét, jelezni ennek a komplexnek a természetben betöltött szerepét és jelentőségét. és az emberi élet. Ezenkívül figyelembe kell venni a komplex funkcionális céljának megsértésének lehetséges következményeit és azok megjelenési idejét.
Bevezetés a koncepcióba
A piruvát-dehidrogenáz komplex (PDH) egy fehérje típusú komplex, amelynek feladata a piruvát oxidációja a dekarboxilezés eredményeként. Ez a komplex 3 enzimet, valamint két fehérjét tartalmaz, amelyek a segédfunkciók végrehajtásához szükségesek. A piruvát-dehidrogenáz komplex működéséhez bizonyos kofaktoroknak jelen kell lenniük. Ezek közül öt van: CoA, nikotinamid-adenin-dinukleotid, flavin-adenin-dinukleotid, tiamin-pirofoszfát és lipoát.
A bakteriális szervezetekben a PDH lokalizációja a citoplazmában koncentrálódik, az eukarióta sejtek tároljáka mitokondriumok mátrixában.
A piruvát dekarboxilezésével kapcsolatban
A piruvát-dehidrogenáz komplex jelentősége a piruvát oxidációs reakciójában rejlik. Fontolja meg ennek a folyamatnak a lényegét.
A piruvát oxidációjának mechanizmusa dekarboxilezés hatására egy biokémiai természetű folyamat, amelyben a CO2 egyes számban lévő molekula hasadása következik be, majd ez molekulát adnak a piruváthoz, dekarboxilezésnek vetik alá, és a koenzim A-hoz (CoA) tartozik. Így jön létre az acetil-KoA. Ez a jelenség köztes helyet foglal el a glikolízis folyamatai és a trikarbonsavciklus között. A piruvát-dikarboxilezési folyamat egy komplex MPC részvételével történik, amely, mint korábban említettük, három enzimet és két segédfehérjét tartalmaz.
A koenzimek szerepe
A piruvát-dehidrogenáz komplexben az enzimek döntő szerepet játszanak. Munkájukat azonban csak öt, fent felsorolt protetikus típusú koenzim vagy csoport jelenlétében kezdhetik meg. Maga a folyamat végül ahhoz a tényhez vezet, hogy az acilcsoport bekerül a CoA-acetilbe. Ha már a koenzimekről beszélünk, tudnia kell, hogy közülük négy vitaminszármazékhoz tartozik: a tiamin, a riboflavin, a niacin és a pantoténsav.
A flavina-adenin-dinukleotid és a nikotinamid-adenin-dinukleotid részt vesz az elektrontranszferben, a tiamin-pirofoszfát pedig, amelyet sokan úgy ismernek, mintpiruvát dekarbonsav koenzim, fermentációs reakciókba lép.
A tiolcsoport aktiválása
Acetilező koenzim (A) - egy tiol típusú csoportot (-SH) tartalmaz, amely nagyon aktív, kritikus és szükséges a CoA számára, hogy olyan anyagként működjön, amely át tudja vinni az acilcsoportot a tiolba és kialakul tioéter. A tiolok észterei (tioéterek) meglehetősen nagy szabad természetű hidrolízisenergiával rendelkeznek, ezért nagy a potenciáljuk egy acilcsoport átvitelére különféle akceptor molekulákba. Ezért az acetil-CoA-t időnként aktivált CH3COOH-nak nevezik.
Elektronátvitel
A négy kofaktoron kívül, amelyek a vitaminok származékai, a piruvát-dehidrogenáz komplexnek van egy 5. kofaktora is, az úgynevezett lipoát. 2 tiol típusú csoportja van, amelyek reverzibilis oxidáción mennek keresztül, ami egy diszulfid kötés (-S-S-) kialakulását eredményezi, ami hasonló ahhoz, ahogy ez a folyamat az aminosavak és a cisztein-maradékok között zajlik a fehérjékben. Az oxidációs és visszanyerési képesség révén a lipoát nemcsak az acilcsoport, hanem az elektronok hordozója is lehet.
Enzimatikus készlet
Az enzimek közül a piruvát-dehidrogenáz komplex három fő összetevőt tartalmaz. Az első enzim a piruvát-dehidrozenáz (E1). A második enzim azdihidrolipoil-dehidrogenáz (E3). A harmadik a dihidrolipoil-transzacetiláz (E2). A piruvát-dehidrogenáz komplex tartalmazza ezeket az enzimeket, és nagy számú másolatban tárolja őket. Az egyes enzimek kópiáinak száma eltérő lehet, ezért a komplex mérete igen eltérő lehet. A PDH komplex emlősökben körülbelül 50 nanométer átmérőjű. Ez 5-6-szor nagyobb, mint a riboszóma átmérője. Az ilyen komplexek nagyon nagyok, ezért elektronmikroszkópban megkülönböztethetők.
A Gram-pozitív bacillus stearothermophilus baktérium PDH-jában hatvan azonos dihidrolipoil-transzacetiláz kópiát tartalmaz, amelyek egy körülbelül 25 nanométer átmérőjű, ötszögletű dodekaédert hoznak létre. A Gram-pozitív Escherichia coli baktérium huszonnégy példányt tartalmaz az E2, kat. magához köti a lipoát protéziscsoportját, és amid típusú kötést hoz létre az E2.
lizin-maradék aminocsoportjával.
A dihidrolipoil-transzacetiláz 3 funkcionális különbségekkel rendelkező domén kölcsönhatásából épül fel. Ezek a következők: egy lizin-maradékot tartalmazó aminoterminális lipoildomén, amely lipoáthoz kapcsolódik; kötési tartomány (központi E1- és E3-); belső aciltranszferáz domén, amely aktív típusú aciltranszferáz központokat tartalmaz.
Az élesztő piruvát-dehidrogenáz komplexének csak egy lipoil típusú doménje van, az emlősöknek két ilyen doménje van, az Escherichia coli baktériumnak pedig három. Az aminosavak linker szekvenciájahúsz-harminc aminosavból áll, osztoznak az E2, míg az alanint és a prolint olyan aminosavak tarkítják, amelyek töltéssel rendelkeznek. Ezek a linkerek leggyakrabban kiterjesztett formájúak. Ez a funkció hatással van arra, hogy 3 domainen osztoznak.
Származási kapcsolat
E1 kapcsolatot létesít a TTP-vel annak aktív központjával, és az E3 aktív központ a FAD-dal. Az emberi test tetramer formájában tartalmazza az E1 enzimet, amely négy alegységből áll: két E1alfa és két E. 1 béta. A szabályozó fehérjék protein-kináz és foszfoprotein-foszfatáz formájában jelennek meg. Ez a típusú szerkezet (E1- E2- E 3) továbbra is a konzervativizmus eleme marad az evolúciós tanításban. A hasonló szerkezetű és szerkezetű komplexek sokféle, a szokásostól eltérő reakcióban vehetnek részt, például amikor a Krebs-ciklus során α-ketoglutarát oxidálódik, az α-ketosav is oxidálódik, ami a katabolikus hasznosítás következtében keletkezett. elágazó típusú aminosavak: valin, leucin és izoleucin.
A piruvát-dehidrogenáz komplexben megtalálható az E3 enzim, amely más komplexekben is megtalálható. A fehérjeszerkezet, a kofaktorok és a reakciómechanizmusok hasonlósága közös eredetre utal. A lipoát az E2 lizinhez kapcsolódik, és egyfajta „kéz” jön létre, amely képes az E1 aktív centrumból a aktív központok E 2 ésE3, ami körülbelül 5 nm.
A piruvát-dehidrogenáz komplexben lévő eukarióták az E3BP tizenkét alegységét tartalmazzák (E3 – nem katalitikus természetű kötőfehérje). Ennek a fehérjének a pontos elhelyezkedése nem ismert. Van egy hipotézis, hogy ez a fehérje helyettesíti az alcsoportok egy részét. E2 tehén PDH-ban.
Kommunikáció mikroorganizmusokkal
A vizsgált komplex bizonyos típusú anaerob baktériumok velejárója. Mindazonáltal csekély azoknak a bakteriális szervezeteknek a száma, amelyek szerkezetében PDH található. A komplex által a baktériumokban végzett funkciók általában általános folyamatokra redukálódnak. Például a piruvát-dehidrogenáz komplex szerepe a Zymonomonas mobilis baktériumban az alkoholos fermentáció. A piruvát baktériumok akár 98%-át is felhasználják ilyen célokra. A fennmaradó néhány százalék szén-dioxiddá, nikotinamid-adenin-dinukleotiddá, acetil-CoA-vá stb. oxidálódik. Érdekes a Zymomonas mobilis piruvát-dehidrogenáz komplexének szerkezete. Ennek a mikroorganizmusnak négy enzime van: E1alfa, E1béta, E2 és E 3. Ennek a baktériumnak a PDH-ja egy lipoil domént tartalmaz az E1béta-ban, ami egyedivé teszi. A komplexum magja E2, maga a komplexum felépítése pedig egy ötszögletű dodekaéder formáját ölti. A Zymomonas mobilis nem rendelkezik a trikarbonsavciklus enzimeinek egész sorával, ezért PDH-ja csak anabolikus funkciókban vesz részt.
PDH az emberben
Az ember, akárcsak a többi élő szervezet,PDH-t kódoló génjei vannak. Az E1alpha – PDHA 1 gén az X kromoszómán lokalizálódik, a PDH hiánya miatt. A betegség tünetei nagyon változatosak lehetnek az enyhe tejsavas acidózisos problémáktól a testfejlődési rendellenességekig. Azok a férfiak, akiknek X kromoszómájuk hasonló allélt tartalmaz, hamarosan nagyon fiatalon meghalnak. A nőstényeket is érinti ez a betegség, de kisebb mértékben, és maga a probléma bármely X-kromoszóma inaktiválása.
Mutációs problémák
E1béta - PDHB - a harmadik kromoszómán található. Ennek a génnek mindössze két mutáns típusú allélja ismert, amelyek homozigóta helyzetben egész évben halálos kimenetelhez vezetnek, ami fejlődési rendellenességekkel jár.
Valószínűleg vannak más hasonló allélek is, amelyek a szervezet teljes kifejlődése előtt halált okozhatnak. E2 - DLAT - a tizenegyedik kromoszómára koncentrálódik. Az emberiség ennek a génnek két alléljáról tud, amelyek a jövőben problémákat okoznak, de a megfelelő étrend kompenzálhatja ezt. Nagy az esélye annak, hogy a magzat az anyaméhben elhal a gén egyéb mutációi miatt. Az E3 - dld - a hetedik kromoszómán található, és nagyszámú allélt tartalmaz. Elégnagy százalékuk genetikai eredetű betegségek kialakulásához vezet, amelyek az aminosav-anyagcsere megsértésével járnak együtt.
Következtetés
Meggondoltuk, mennyire fontos a piruvát-dehidrogenáz komplex az élő szervezetek számára. A benne lezajló reakciók elsősorban a piruvát oxidációval történő dekarboxilezésére irányulnak, és maga a PDH is erősen specializált, de eltérő körülmények között, bizonyos okok miatt más jellegű funkciókat is elláthat, például részt vehet az erjesztésben. Azt is megállapítottuk, hogy a piruvát oxidációjában részt vevő fehérje típusú komplexek öt enzimből állnak, amelyek csak öt kofaktor jelenlétében maradnak működőképesek. A dekarboxiláció összetett mechanizmusának algoritmusában bekövetkezett bármilyen változás súlyos patológiákat okozhat, és akár az egyén halálához is vezethet.
