Dalam artikel ini kami akan cuba menerangkan dengan cara yang boleh diakses apakah kompleks piruvat dehidrogenase dan biokimia proses, untuk mendedahkan komposisi enzim dan koenzim, untuk menunjukkan peranan dan kepentingan kompleks ini dalam alam semula jadi. dan kehidupan manusia. Di samping itu, kemungkinan akibat pelanggaran tujuan fungsi kompleks dan masa manifestasinya akan dipertimbangkan.
Pengenalan kepada konsep
Pyruvate dehydrogenase complex (PDH) ialah kompleks jenis protein yang berperanan menjalankan pengoksidaan piruvat hasil daripada dekarboksilasi. Kompleks ini mengandungi 3 enzim, serta dua protein yang diperlukan untuk pelaksanaan fungsi tambahan. Untuk kompleks piruvat dehidrogenase berfungsi, kofaktor tertentu mesti ada. Terdapat lima daripadanya: CoA, nicotinamide adenine dinucleotide, flavin adenine dinucleotide, tiamin pirofosfat dan lipoat.
Penyetempatan PDH dalam organisma bakteria tertumpu pada sitoplasma, sel eukariotik menyimpannyadalam matriks pada mitokondria.
Dikaitkan dengan dekarboksilasi piruvat
Kepentingan kompleks piruvat dehidrogenase terletak pada tindak balas pengoksidaan piruvat. Pertimbangkan intipati proses ini.
Mekanisme pengoksidaan piruvat di bawah pengaruh dekarboksilasi ialah proses yang bersifat biokimia, di mana pembelahan molekul CO2 dalam bentuk tunggal berlaku, dan kemudian ini molekul ditambah kepada piruvat, tertakluk kepada dekarboksilasi dan tergolong dalam koenzim A (CoA). Beginilah cara asetil-KoA dicipta. Fenomena ini menduduki tempat perantaraan antara proses glikolisis dan kitaran asid trikarboksilik. Proses dikarboksilasi piruvat dijalankan dengan penyertaan MPC kompleks, yang, seperti yang dinyatakan sebelum ini, termasuk tiga enzim dan dua protein tambahan.
Peranan koenzim
Untuk kompleks piruvat dehidrogenase, enzim memainkan peranan yang penting. Walau bagaimanapun, mereka boleh memulakan kerja mereka hanya dengan kehadiran lima koenzim atau kumpulan jenis prostetik yang disenaraikan di atas. Proses itu sendiri akhirnya akan membawa kepada fakta bahawa kumpulan asil akan dimasukkan ke dalam CoA-asetil. Bercakap tentang koenzim, anda perlu tahu bahawa empat daripadanya tergolong dalam derivatif vitamin: tiamin, riboflavin, niasin dan asid pantotenik.
Flavina adenine dinucleotide dan nicotinamide adenine dinucleotide terlibat dalam pemindahan elektron, dan tiamin pirofosfat, yang dikenali ramai sebagaikoenzim dekarboksilik piruvat, memasuki tindak balas penapaian.
Pengaktifan kumpulan tiol
Koenzim asetilasi (A) - mengandungi kumpulan jenis tiol (-SH), yang sangat aktif, ia adalah kritikal dan perlu untuk CoA berfungsi sebagai bahan yang boleh memindahkan kumpulan asil ke tiol dan membentuk thioether. Ester tiol (tioeter) mempunyai kadar tenaga hidrolisis yang agak tinggi yang bersifat bebas, oleh itu ia mempunyai potensi tinggi untuk memindahkan kumpulan asil kepada pelbagai molekul penerima. Itulah sebabnya asetil KoA secara berkala dipanggil CH3COOH.
Pemindahan elektron
Selain daripada empat kofaktor yang merupakan derivatif vitamin, terdapat kofaktor ke-5 kompleks piruvat dehidrogenase, yang dipanggil lipoat. Ia mempunyai 2 kumpulan jenis tiol yang boleh mengalami pengoksidaan boleh balik, yang mengakibatkan pembentukan ikatan disulfida (-S-S-), yang serupa dengan bagaimana proses ini berlangsung antara asid amino dan sisa sistein dalam protein. Keupayaan untuk mengoksida dan memulihkan memberikan lipoat keupayaan untuk menjadi pembawa bukan sahaja kumpulan asil, tetapi juga elektron.
Kit enzimatik
Daripada enzim, kompleks piruvat dehidrogenase merangkumi tiga komponen utama. Enzim pertama ialah piruvat dehidrosenase (E1). Enzim kedua ialahdihydrolipoyl dehydrogenase (E3). Yang ketiga ialah dihydrolipoyltransacetylase (E2). Kompleks piruvat dehidrogenase merangkumi enzim ini, menyimpannya dalam sejumlah besar salinan. Bilangan salinan setiap enzim boleh berbeza, dan oleh itu saiz kompleks boleh berbeza-beza. Kompleks PDH dalam mamalia adalah kira-kira 50 nanometer diameter. Ini adalah 5-6 kali lebih besar daripada diameter ribosom. Kompleks sedemikian adalah sangat besar, jadi ia boleh dibezakan dalam mikroskop elektron.
Bakteria bacillus stearothermophilus gram-positif mempunyai enam puluh salinan serupa dihydrolipoyl transacetylase dalam PDHnya, yang seterusnya menghasilkan dodecahedron jenis pentagonal dengan diameter kira-kira 25 nanometer. Bakteria gram positif Escherichia coli mengandungi dua puluh empat salinan E2, kucing. melekatkan kumpulan prostetik lipoat pada dirinya sendiri, dan ia membentuk ikatan jenis amida dengan kumpulan amino sisa lisin yang termasuk dalam E2.
Dihydrolipoyltransacetylase dibina melalui interaksi 3 domain yang mempunyai perbezaan fungsi. Ini adalah: domain lipoil aminoterminal yang mengandungi sisa lisin dan dikaitkan dengan lipoat; domain mengikat (pusat E1- dan E3-); domain acyltransferase dalaman, yang termasuk pusat acyltransferase jenis aktif.
Kompleks yis piruvat dehidrogenase hanya mempunyai satu domain jenis lipoyl, mamalia mempunyai dua domain sedemikian, dan bakteria Escherichia coli mempunyai tiga. Urutan penyambung asid amino iaitudaripada dua puluh hingga tiga puluh sisa asid amino, berkongsi E2, manakala sisa alanine dan prolin diselingi dengan sisa asid amino yang dicas. Penghubung ini selalunya mempunyai bentuk lanjutan. Ciri ini menjejaskan fakta bahawa mereka berkongsi 3 domain.
Hubungan Asal
E1 mewujudkan sambungan dengan TTP dengan pusat aktifnya dan pusat aktif E3 mewujudkan sambungan dengan FAD. Tubuh manusia mengandungi enzim E1 dalam bentuk tetramer, yang terdiri daripada empat subunit: dua E1alpha dan dua E 1 beta. Protein pengawalseliaan dibentangkan dalam bentuk protein kinase dan fosfoprotein fosfatase. Jenis struktur ini (E1- E2- E 3) kekal sebagai unsur konservatisme dalam pengajaran evolusi. Kompleks dengan struktur dan struktur yang serupa boleh mengambil bahagian dalam pelbagai tindak balas yang berbeza daripada yang standard, contohnya, apabila α-ketoglutarat teroksida semasa kitaran Krebs, asid α-keto juga teroksida, yang terbentuk akibat penggunaan katabolik. asid amino jenis bercabang: valine, leucine dan isoleucine.
Kompleks piruvat dehidrogenase mempunyai enzim E3, yang juga terdapat dalam kompleks lain. Persamaan struktur protein, kofaktor dan juga mekanisme tindak balas menunjukkan asal yang sama. Lipoat dilekatkan pada lisin E2, dan sejenis “tangan” dicipta yang mampu bergerak dari pusat aktif E1 ke pusat aktif E 2 danE3, iaitu lebih kurang 5 nm.
Eukariota dalam kompleks piruvat dehidrogenase mengandungi dua belas subunit E3BP (E3 – protein pengikat yang bersifat bukan pemangkin). Lokasi sebenar protein ini tidak diketahui. Terdapat hipotesis bahawa protein ini menggantikan beberapa subset subed. E2 dalam PDH lembu.
Komunikasi dengan mikroorganisma
Kompleks yang dianggap wujud dalam beberapa jenis bakteria anaerobik. Walau bagaimanapun, bilangan organisma bakteria yang mempunyai PDH dalam strukturnya adalah kecil. Fungsi yang dilakukan oleh kompleks dalam bakteria, sebagai peraturan, dikurangkan kepada proses umum. Sebagai contoh, peranan kompleks piruvat dehidrogenase dalam bakteria Zymonomonas mobilis ialah penapaian alkohol. Bakteria piruvat dalam jumlah sehingga 98% akan digunakan untuk tujuan tersebut. Baki beberapa peratus dioksidakan kepada karbon dioksida, nicotinamide adenine dinucleotide, acetyl-CoA, dll. Struktur kompleks piruvat dehidrogenase dalam Zymomonas mobilis adalah menarik. Mikroorganisma ini mempunyai empat enzim: E1alpha, E1beta, E2 dan E 3. PDH bakteria ini mengandungi domain lipoyl dalam E1beta, yang menjadikannya unik. Inti kompleks ialah E2, dan organisasi kompleks itu sendiri berbentuk dodekahedron pentagonal. Zymomonas mobilis tidak mempunyai siri keseluruhan enzim kitaran asid trikarboksilik, dan oleh itu PDHnya hanya terlibat dalam fungsi anabolik.
PDH dalam lelaki
Manusia, seperti organisma hidup yang lain,mempunyai gen pengekodan PDH. Gen E1alfa – PDHA 1 disetempatkan pada kromosom X. kepada kekurangan PDH. Gejala penyakit ini boleh berbeza-beza dari masalah asidosis laktik ringan kepada kecacatan yang membawa maut dalam perkembangan badan. Lelaki yang kromosom Xnya termasuk alel yang serupa akan segera mati pada usia yang sangat muda. Individu wanita juga terjejas oleh penyakit ini, tetapi pada tahap yang lebih rendah, dan masalahnya sendiri ialah ketidakaktifan mana-mana kromosom X.
Masalah mutasi
E1beta - PDHB - terletak pada kromosom ketiga. Hanya dua alel jenis mutan yang diketahui untuk gen ini, yang, berada dalam kedudukan homozigot, membawa kepada hasil yang membawa maut sepanjang tahun, yang dikaitkan dengan kecacatan.
Mungkin terdapat alel lain yang serupa yang boleh menyebabkan kematian sebelum perkembangan penuh organisma. E2 - DLAT - tertumpu pada kromosom kesebelas. Manusia mengetahui tentang dua alel gen ini yang akan menimbulkan masalah pada masa hadapan, tetapi diet yang betul boleh mengimbanginya. Terdapat kemungkinan besar bahawa janin akan mati di dalam rahim disebabkan oleh mutasi lain dalam gen ini. E3 - dld - terletak pada kromosom ketujuh dan termasuk sejumlah besar alel. Cukupperatusan yang besar daripadanya membawa kepada berlakunya penyakit yang bersifat genetik, yang akan dikaitkan dengan pelanggaran metabolisme asid amino.
Kesimpulan
Kami telah mempertimbangkan betapa pentingnya kompleks piruvat dehidrogenase untuk organisma hidup. Reaksi yang berlaku di dalamnya terutamanya bertujuan untuk dekarboksilasi piruvat melalui pengoksidaan, dan PDH itu sendiri sangat khusus, tetapi dalam keadaan yang berbeza, dengan sebab-sebab tertentu, ia juga boleh melaksanakan fungsi yang berbeza, sebagai contoh, mengambil bahagian dalam penapaian. Kami juga mendapati bahawa kompleks jenis protein yang terlibat dalam pengoksidaan piruvat terdiri daripada lima enzim yang kekal berfungsi hanya dengan kehadiran lima kofaktor. Sebarang perubahan dalam algoritma mekanisme kompleks dekarboksilasi boleh menyebabkan patologi yang serius dan juga membawa kepada kematian individu.
