În acest articol vom încerca să explicăm într-un mod accesibil ce este complexul de piruvat dehidrogenază și biochimia procesului, să dezvăluim compoziția enzimelor și coenzimelor, să indice rolul și semnificația acestui complex în natură. si viata umana. În plus, vor fi luate în considerare posibilele consecințe ale încălcării scopului funcțional al complexului și momentul manifestării acestora.
Introducere în concept
Complexul de piruvat dehidrogenază (PDH) este un complex de tip proteine al cărui rol este de a efectua oxidarea piruvatului ca urmare a decarboxilării. Acest complex conține 3 enzime, precum și două proteine necesare implementării funcțiilor auxiliare. Pentru ca complexul de piruvat dehidrogenază să funcționeze, trebuie să fie prezenți anumiți cofactori. Există cinci dintre ele: CoA, nicotinamidă adenin dinucleotidă, flavin adenin dinucleotide, tiamină pirofosfat și lipoat.
Localizarea PDH în organismele bacteriene este concentrată în citoplasmă, celulele eucariote o stocheazăîn matricea mitocondriilor.
Asociat cu decarboxilarea piruvatului
Semnificația complexului de piruvat dehidrogenază constă în reacția de oxidare a piruvatului. Luați în considerare esența acestui proces.
Mecanismul oxidării piruvatului sub influența decarboxilării este un proces de natură biochimică, în care are loc scindarea moleculei de CO2 la singular și apoi aceasta moleculă este adăugată la piruvat, supusă decarboxilării și aparținând coenzimei A (CoA). Acesta este modul în care se creează acetil-KoA. Acest fenomen ocupă un loc intermediar între procesele de glicoliză și ciclul acidului tricarboxilic. Procesul de dicarboxilare a piruvatului se desfășoară cu participarea unui MPC complex, care, după cum sa menționat anterior, include trei enzime și două proteine auxiliare.
Rolul coenzimelor
Pentru complexul de piruvat dehidrogenază, enzimele joacă un rol crucial. Cu toate acestea, ei își pot începe activitatea numai în prezența a cinci coenzime sau grupuri de tip protetic care au fost enumerate mai sus. Procesul în sine va duce în cele din urmă la faptul că gruparea acil va fi inclusă în CoA-acetil. Apropo de coenzime, trebuie să știi că patru dintre ele aparțin unor derivați de vitamine: tiamină, riboflavină, niacină și acid pantotenic.
Flavina adenin dinucleotida și nicotinamida adenin dinucleotida sunt implicate în transferul de electroni, iar tiamină pirofosfat, cunoscută de mulți cacoenzima piruvat decarboxilic, intră în reacții de fermentație.
Activarea grupării tiol
Coenzima de acetilare (A) - conține o grupare de tip tiol (-SH), care este foarte activă, este critic și necesar ca CoA să funcționeze ca o substanță care poate transfera gruparea acil la tiol și să formeze tioeter. Esterii tiolilor (tioeteri) au o rată destul de mare de energie de hidroliză de natură liberă, prin urmare au un potențial ridicat de transfer al unei grupări acil la o varietate de molecule acceptoare. De aceea acetil CoA este periodic numit CH activat3COOH.
Transfer de electroni
Pe lângă cei patru cofactori care sunt derivați ai vitaminelor, există un al 5-lea cofactor al complexului de piruvat dehidrogenază, numit lipoat. Are 2 grupări de tip tiol care pot suferi oxidare reversibilă, ceea ce are ca rezultat formarea unei legături disulfură (-S-S-), care este similară cu modul în care se desfășoară acest proces între aminoacizi și reziduurile de cisteină din proteine. Capacitatea de a oxida și de a se recupera îi conferă lipoatului capacitatea de a fi purtător nu numai al grupării acil, ci și al electronilor.
Kit enzimatic
Dintre enzime, complexul de piruvat dehidrogenază include trei componente principale. Prima enzimă este piruvat dehidrosenaza (E1). A doua enzimă estedihidrolipoil dehidrogenază (E3). Al treilea este dihidrolipoiltransacetilaza (E2). Complexul de piruvat dehidrogenază include aceste enzime, stocându-le într-un număr mare de copii. Numărul de copii ale fiecărei enzime poate fi diferit și, prin urmare, dimensiunea complexului poate varia foarte mult. Complexul PDH la mamifere are un diametru de aproximativ 50 de nanometri. Acesta este de 5-6 ori mai mare decât diametrul ribozomului. Astfel de complexe sunt foarte mari, așa că pot fi distinse la microscopul electronic.
Bacteria bacilul gram-pozitiv stearothermophilus are șaizeci de copii identice de dihidrolipoil transacetilază în PDH-ul său, care la rândul lor creează un dodecaedru de tip pentagonal cu un diametru de aproximativ 25 de nanometri. Bacteria gram-pozitivă Escherichia coli conține douăzeci și patru de copii de E2, cat. atașează gruparea protetică a lipoatului de sine și stabilește o legătură de tip amidă cu gruparea amino a reziduului de lizină inclusă în E2.
Dihidrolipoiltransacetilaza este construită prin interacțiunea a 3 domenii care au diferențe funcționale. Acestea sunt: un domeniu lipoil aminoterminal care conţine un rest de lizină şi asociat cu un lipoat; domeniu obligatoriu (central E1- și E3-); domeniul intern de aciltransferază, care include centrii de aciltransferază de tip activ.
Complexul de piruvat dehidrogenază de drojdie are un singur domeniu de tip lipoil, mamiferele au două astfel de domenii, iar bacteria Escherichia coli are trei. Secvența linker a aminoacizilor care suntde douăzeci până la treizeci de resturi de aminoacizi, au E2, în timp ce resturile de alanină și prolină sunt intercalate cu resturi de aminoacizi care sunt încărcate. Acești linkeri au cel mai adesea forme extinse. Această funcție afectează faptul că au în comun trei domenii.
Relația de origine
E1 stabilește o conexiune cu TTP cu centrul său activ, iar centrul activ E3 stabilește o conexiune cu FAD. Corpul uman conține enzima E1 sub forma unui tetramer, care constă din patru subunități: două E1alfa și două E 1 beta. Proteinele reglatoare sunt prezentate sub formă de protein kinază și fosfoprotein fosfatază. Acest tip de structură (E1- E2- E 3) rămâne un element al conservatorismului în predarea evoluționistă. Complexele cu o structură și structură similare pot participa la o varietate de reacții care diferă de cele standard, de exemplu, atunci când α-cetoglutaratul este oxidat în timpul ciclului Krebs, acidul α-ceto este, de asemenea, oxidat, care s-a format datorită utilizării catabolice. de aminoacizi de tip ramificat: valină, leucină și izoleucină.
Complexul de piruvat dehidrogenază are enzima E3, care se găsește și în alte complexe. Asemănarea structurii proteinelor, a cofactorilor și, de asemenea, a mecanismelor de reacție indică o origine comună. Lipoatul este atașat de lizina E2 și se creează un fel de „mână” care este capabilă să se deplaseze de la centrul activ E1 la centre active E 2 șiE3, care este de aproximativ 5 nm.
Eucariotele din complexul de piruvat dehidrogenază conțin douăsprezece subunități de E3BP (E3 – o proteină de legare de natură necatalitică). Locația exactă a acestei proteine nu este cunoscută. Există o ipoteză că această proteină înlocuiește un subset de subed. E2 în PDH de vacă.
Comunicare cu microorganisme
Complexul considerat este inerent unor tipuri de bacterii anaerobe. Cu toate acestea, numărul de organisme bacteriene care au PDH în structura lor este mic. Funcțiile îndeplinite de complex în bacterii, de regulă, sunt reduse la procese generale. De exemplu, rolul complexului de piruvat dehidrogenază din bacteria Zymonomonas mobilis este fermentația alcoolică. Bacteriile piruvat în cantitate de până la 98% vor fi utilizate în astfel de scopuri. Cele câteva procente rămase sunt oxidate la dioxid de carbon, nicotinamidă adenin dinucleotidă, acetil-CoA, etc. Structura complexului de piruvat dehidrogenază din Zymomonas mobilis este interesantă. Acest microorganism are patru enzime: E1alpha, E1beta, E2 și E 3. PDH-ul acestei bacterii conține un domeniu lipoil în E1beta, ceea ce o face unică. Miezul complexului este E2, iar organizarea complexului în sine ia forma unui dodecaedru pentagonal. Zymomonas mobilis nu are o serie întreagă de enzime ale ciclului acidului tricarboxilic și, prin urmare, PDH-ul său este angajat doar în funcții anabolice.
PDH în bărbat
Omul, ca și alte organisme vii,are gene care codifică PDH. Gena E1alfa – PDHA 1 este localizată pe cromozomul X. la deficit de PDH. Simptomele bolii pot varia foarte mult de la probleme ușoare de acidoză lactică până la malformații letale în dezvoltarea organismului. Bărbații al căror cromozom X include o alelă similară vor muri în curând la o vârstă foarte fragedă. Indivizii de sex feminin sunt, de asemenea, afectați de această boală, dar într-o măsură mai mică, iar problema în sine este inactivarea oricărui cromozom X.
Probleme ale mutațiilor
E1beta - PDHB - este situat pe al treilea cromozom. Doar două alele de tip mutant sunt cunoscute pentru această genă, care, fiind în poziție homozigotă, duc la un rezultat letal pe tot parcursul anului, care este asociat cu malformații.
Probabil că există și alte alele similare care pot provoca moartea înainte de dezvoltarea completă a organismului. E2 - DLAT - concentrat pe al unsprezecelea cromozom. Omenirea știe despre două alele ale acestei gene care vor crea probleme în viitor, dar dieta potrivită poate compensa acest lucru. Există o șansă mare ca fătul să moară în uter din cauza altor mutații ale acestei gene. E3 - dld - este situat pe al șaptelea cromozom și include un număr mare de alele. Destulun procent mare dintre ele duce la apariția unor boli de natură genetică, care vor fi asociate cu o încălcare a metabolismului aminoacizilor.
Concluzie
Ne-am luat în considerare cât de important este complexul de piruvat dehidrogenază pentru organismele vii. Reacțiile care apar în el vizează în primul rând decarboxilarea piruvatului prin oxidare, iar PDH în sine este foarte specializat, dar în condiții diferite, din anumite motive, poate îndeplini și funcții de natură diferită, de exemplu, participa la fermentație. De asemenea, am descoperit că complexele de tip proteine care sunt implicate în oxidarea piruvatului constau din cinci enzime care rămân funcționale doar în prezența a cinci cofactori. Orice modificare a algoritmului mecanismului complex de decarboxilare poate provoca patologii grave și poate duce chiar la moartea individului.
