I denne artikkelen vil vi prøve å forklare på en tilgjengelig måte hva pyruvatdehydrogenasekomplekset er og biokjemien til prosessen, for å avsløre sammensetningen av enzymer og koenzymer, for å indikere rollen og betydningen av dette komplekset i naturen og menneskeliv. I tillegg vil mulige konsekvenser av brudd på kompleksets funksjonelle formål og tidspunktet for deres manifestasjon vurderes.
Introduksjon til konseptet
Pyruvatdehydrogenasekompleks (PDH) er et proteintypekompleks hvis rolle er å utføre oksidasjon av pyruvat som et resultat av dekarboksylering. Dette komplekset inneholder 3 enzymer, samt to proteiner som er nødvendige for implementering av hjelpefunksjoner. For at pyruvatdehydrogenasekomplekset skal fungere, må visse kofaktorer være tilstede. Det er fem av dem: CoA, nikotinamidadenindinukleotid, flavinadenindinukleotid, tiaminpyrofosfat og lipoat.
Lokalisering av PDH i bakterielle organismer er konsentrert i cytoplasmaet, eukaryote celler lagrer deti matrisen på mitokondrier.
Assosiert med pyruvatdekarboksylering
Betydningen av pyruvatdehydrogenasekomplekset ligger i oksidasjonsreaksjonen til pyruvat. Tenk på essensen av denne prosessen.
Mekanismen for pyruvatoksidasjon under påvirkning av dekarboksylering er en prosess av biokjemisk karakter, der sp altningen av CO2-molekylet i entall skjer, og deretter dette molekyl tilsettes pyruvat, utsatt for dekarboksylering og tilhører koenzym A (CoA). Slik blir acetyl-KoA til. Dette fenomenet opptar et mellomsted mellom prosessene med glykolyse og trikarboksylsyresyklusen. Prosessen med pyruvatdikarboksylering utføres med deltakelse av en kompleks MPC, som, som tidligere nevnt, inkluderer tre enzymer og to hjelpeproteiner.
Koenzymes rolle
For pyruvatdehydrogenasekomplekset spiller enzymer en avgjørende rolle. Imidlertid kan de bare starte arbeidet i nærvær av fem koenzymer eller grupper av protesetypen som er oppført ovenfor. Selve prosessen vil etter hvert føre til at acylgruppen vil inngå i CoA-acetylen. Når vi snakker om koenzymer, må du vite at fire av dem tilhører vitaminderivater: tiamin, riboflavin, niacin og pantotensyre.
Flavina adenindinukleotid og nikotinamidadenindinukleotid er involvert i elektronoverføring, og tiaminpyrofosfat, kjent for mange sompyruvat dekarboksylisk koenzym, går inn i fermenteringsreaksjoner.
Aktivering av tiolgruppen
Acetyleringskoenzym (A) - inneholder en tiol-type gruppe (-SH), som er svært aktiv, det er kritisk og nødvendig for at CoA skal fungere som et stoff som kan overføre acylgruppen til tiolen og danne tioeter. Estere av tioler (tioetere) har en ganske høy grad av hydrolyseenergi av fri natur, derfor har de et høyt potensial for å overføre en acylgruppe til en rekke akseptormolekyler. Det er derfor acetyl CoA med jevne mellomrom kalles aktivert CH3COOH.
Elektronoverføring
I tillegg til de fire kofaktorene som er derivater av vitaminer, er det en 5. kofaktor av pyruvatdehydrogenasekomplekset, k alt lipoat. Den har 2 grupper av tioltypen som kan gjennomgå reversibel oksidasjon, noe som resulterer i dannelsen av en disulfidbinding (-S-S-), som ligner på hvordan denne prosessen foregår mellom aminosyrer og cysteinrester i proteiner. Evnen til å oksidere og gjenvinne gir lipoatet evnen til å være en bærer ikke bare av acylgruppen, men også av elektroner.
Enzymatisk sett
Av enzymene inkluderer pyruvatdehydrogenasekomplekset tre hovedkomponenter. Det første enzymet er pyruvatdehydrosenase (E1). Det andre enzymet erdihydrolipoyldehydrogenase (E3). Den tredje er dihydrolipoyltransacetylase (E2). Pyruvatdehydrogenasekomplekset inkluderer disse enzymene, og lagrer dem i et stort antall kopier. Antallet kopier av hvert enzym kan være forskjellig, og derfor kan størrelsen på komplekset variere sterkt. PDH-komplekset hos pattedyr er omtrent 50 nanometer i diameter. Dette er 5-6 ganger større enn diameteren til ribosomet. Slike komplekser er veldig store, så de kan skilles i et elektronmikroskop.
Den gram-positive bacillus stearothermophilus-bakterien har seksti identiske kopier av dihydrolipoyltransacetylase i sin PDH, som igjen skaper et femkantet dodekaeder med en diameter på omtrent 25 nanometer. Den grampositive bakterien Escherichia coli inneholder tjuefire kopier av E2, kat. fester protesegruppen til lipoatet til seg selv, og den etablerer en amid-type binding med aminogruppen til lysinresten inkludert i E2.
Dihydrolipoyltransacetylase er bygget av interaksjonen av 3 domener som har funksjonelle forskjeller. Disse er: et aminotermin alt lipoyldomene som inneholder en lysinrest og assosiert med et lipoat; bindende domene (sentral E1- og E3-); internt acyltransferasedomene, som inkluderer aktiv type acyltransferasesentre.
Gjærpyruvatdehydrogenasekomplekset har bare ett lipoyl-type domene, pattedyr har to slike domener, og bakterien Escherichia coli har tre. Linkersekvensen av aminosyrer som erpå tjue til tretti aminosyrerester, deler E2, mens alanin- og prolinrester er ispedd aminosyrerester som er ladet. Disse linkerene har oftest utvidede former. Denne funksjonen påvirker det faktum at de deler 3 domener.
Relationship of Origin
E1 etablerer en forbindelse med TTP med dets aktive senter, og det aktive senteret E3 etablerer en forbindelse med FAD. Menneskekroppen inneholder enzymet E1 i form av en tetramer, som består av fire underenheter: to E1alpha og to E 1 beta. Regulatoriske proteiner presenteres i form av proteinkinase og fosfoproteinfosfatase. Denne typen struktur (E1- E2- E 3) forblir et element av konservatisme i evolusjonær undervisning. Komplekser med lignende struktur og struktur kan delta i en rekke reaksjoner som skiller seg fra de vanlige, for eksempel når α-ketoglutarat oksideres under Krebs-syklusen, oksideres også α-ketosyre, som ble dannet på grunn av katabolsk utnyttelse av forgrenede aminosyrer: valin, leucin og isoleucin.
Pyruvatdehydrogenasekomplekset har enzymet E3, som også finnes i andre komplekser. Likheten mellom proteinstruktur, kofaktorer og også reaksjonsmekanismer peker på en felles opprinnelse. Lipoatet festes til lysinet E2, og det lages en slags "hånd" som er i stand til å bevege seg fra det aktive senteret E1 til aktive sentre E 2 ogE3, som er omtrent 5 nm.
Eukaryoter i pyruvatdehydrogenasekomplekset inneholder tolv underenheter av E3BP (E3 – et bindende protein av ikke-katalytisk natur). Den nøyaktige plasseringen av dette proteinet er ikke kjent. Det er en hypotese om at dette proteinet erstatter en undergruppe av subed. E2 i ku PDH.
kommunikasjon med mikroorganismer
Det betraktede komplekset er iboende i noen typer anaerobe bakterier. Imidlertid er antallet bakterieorganismer som har PDH i sin struktur lite. Funksjonene som utføres av komplekset i bakterier, er som regel redusert til generelle prosesser. For eksempel er rollen til pyruvatdehydrogenasekomplekset i bakterien Zymonomonas mobilis alkoholisk gjæring. Pyruvatbakterier i en mengde på opptil 98 % vil bli brukt opp til slike formål. De resterende få prosentene oksideres til karbondioksid, nikotinamid adenindinukleotid, acetyl-CoA osv. Strukturen til pyruvatdehydrogenasekomplekset i Zymomonas mobilis er interessant. Denne mikroorganismen har fire enzymer: E1alpha, E1beta, E2 og E 3. PDHen til denne bakterien inneholder et lipoyldomene innenfor E1beta, noe som gjør den unik. Kjernen i komplekset er E2, og selve organisasjonen av komplekset har form av et femkantet dodekaeder. Zymomonas mobilis har ikke en hel serie enzymer i trikarboksylsyresyklusen, og derfor er dens PDH kun engasjert i anabole funksjoner.
PDH in man
Mennesket, som andre levende organismer,har gener som koder for PDH. Genet E1alpha – PDHA 1 er lokalisert på X-kromosomet til PDH-mangel. Symptomene på sykdommen kan variere mye fra milde laktacidoseproblemer til dødelige misdannelser i kroppens utvikling. Menn hvis X-kromosom inneholder en lignende allel, vil snart dø i svært ung alder. Kvinnelige individer er også rammet av denne sykdommen, men i mindre grad, og selve problemet er inaktiveringen av et hvilket som helst X-kromosom.
Problems of mutations
E1beta - PDHB - er lokalisert på det tredje kromosomet. Bare to alleler av mutanttypen er kjent for dette genet, som, i en homozygot posisjon, fører til et dødelig utfall gjennom hele året, som er assosiert med misdannelser.
Sannsynligvis er det andre lignende alleler som kan forårsake død før full utvikling av organismen. E2 - DLAT - konsentrert om det ellevte kromosomet. Menneskeheten vet om to alleler av dette genet som vil skape problemer i fremtiden, men riktig kosthold kan kompensere for dette. Det er stor sjanse for at fosteret dør inne i livmoren på grunn av andre mutasjoner i dette genet. E3 - dld - ligger på det syvende kromosomet og inkluderer et stort antall alleler. Noken stor prosentandel av dem fører til forekomst av sykdommer av genetisk art, som vil være assosiert med et brudd på aminosyremetabolismen.
Konklusjon
Vi har vurdert hvor viktig pyruvatdehydrogenasekomplekset er for levende organismer. Reaksjonene som oppstår i den er først og fremst rettet mot dekarboksylering av pyruvat ved oksidasjon, og PDH i seg selv er høyt spesialisert, men under forskjellige forhold, med visse grunner, kan den også utføre funksjoner av en annen natur, for eksempel delta i fermentering. Vi fant også at protein-type komplekser som er involvert i pyruvatoksidasjon består av fem enzymer som forblir funksjonelle bare i nærvær av fem kofaktorer. Eventuelle endringer i algoritmen til den komplekse mekanismen for dekarboksylering kan forårsake alvorlige patologier og til og med føre til døden for individet.
