Какво представлява пируват дехидрогеназен комплекс?

В тази статия ще ви обясни достъпно, че е комплекса пируват дехидрогеназа и биохимията на процеса, разкриват структурата на ензими и коензими, за идентифициране на ролята и значението на този сложен в природата и човешкия живот. В допълнение, ще бъдат разгледани възможните последици от нарушаването на функционалната цел на комплекса и времето на неговото проявление.

Запознаване с концепцията

Комплексът от пируват дехидрогеназа (PDH) е комплекс от типа протеин, чиято роля е да оксидира пируват в резултат на декарбоксилиране. Този комплекс съдържа 3 ензима, както и два белтъка, необходими за осъществяването на допълнителни функции. За да функционира комплексът от пируват дехидрогеназа, е необходимо да има определени кофактори. Има пет от тях: CoA, никотинамид аденин динуклеотид, флавин аденинов динуклеотид, тиамин пирофосфат и липоат.

Локализацията на PDH в бактериалните организми се концентрира в цитоплазмата, еукариотните клетки я съхраняват в матрицата на митохондриите.

Връзка с декарбоксилиране на пируват

Стойността на пируват дехидрогеназен комплекс се намира в окислителната реакция на пируват. Помислете за същността на този процес.

Механизмът на окисляване на пируват под влиянието на декарбоксилиране е процес с биохимична природа, в който молекулата СО е разцепена₂ в единичната част, след което се добавя добавянето на тази молекула към пируват, подложено на декарбоксилиране и принадлежащо към коензим А (CoA). Така се създава ацетил-KoA. Това явление заема междинно място между процесите на гликолизата и цикъла на трикарбоксилните киселини. Процесът на дикарбоксилиране на пируват се осъществява с участието на комплекс MPC, който включва, както вече бе споменато, три ензима и два белтъка от спомагателен тип.

Ролята на коензимите

За пируват дехидрогеназния комплекс, ензимите играят решаваща роля. Въпреки това, те могат да започнат работата си само в присъствието на пет коензими или групи от протетичен тип, които са изброени по-горе. Самият процес в крайна сметка ще доведе до факта, че ацилната група ще влезе в CoA-ацетил. Говорейки за коензимите, е необходимо да знаем, че четири от тях принадлежат към производните на витамини: тиамин, рибофлавин, ниацин и пантотенова киселина.

Фад и никотинамид аденин динуклеотид ангажирани електронен трансфер и тиамин пирофосфат, много известен като влиза в реакция ферментация коензим piruvatdekarboksilny.

Активиране на тиолова група

Коензим ацетилиране на (А) - група съдържа тиолова тип (-SH), което е много активен, е от съществено значение и е необходимо да CoA функционира като вещество, което може да прехвърли ацилна група за образуване на тиол и тиоестер. Естери тиоли (тиоетери) - имат доста висока степен на хидролиза на свободна енергия естество, тъй като те имат висок потенциал за трансфер на ацилна група на различни акцепторни молекули. Ето защо ацетил СоА се нарича периодично активиран СН₃COOH.

Трансфер на електрони

В допълнение към четири ко-фактори, имащи естеството на производни на витамини, има 5-та кофактор на пируват дехидрогеназа комплекс, наречен lipoate. Са присъщи на тип 2 тиолови групи, които могат да бъдат подложени обратими окислителни реакции, което води до образуването на характер дисулфидна връзка (-S-S-), което е подобно на това как се случва това процес между aminokislotytsisteinnymi остатъци в протеини. Способността да се окислява и възстановява дава на липоата способността да носи не само ацилната група, но и електроните.

Ензимен комплект

От ензимите, комплексът от пируват дехидрогеназа включва три основни компонента. Първият ензим е пируват дехидрогеназата (Е.₁). Вторият ензим е дихидролипоил дехидрогеназата (Е.₃). Третият е дихидролипоилтранс-тилазата (Е.₂). Комплексът от пируват дехидрогеназа включва тези ензими, като ги съхранява в голям брой копия. Броят копия на всеки ензим може да бъде различен и затова размерът на комплекса може да варира значително. PDH комплексът при бозайниците достига диаметър около 50 нанометра. Това е повече от 5-6 пъти диаметъра на рибозомата. Такива комплекси са много големи, така че могат да бъдат разграничени в електронен микроскоп.

Грам-положителна бактерия Bacillus Stearothermophilus PDH в шестдесет има идентични копия digidrolipoiltransatsetilazy, което от своя страна създаде петоъгълна тип додекаедър, с диаметър от около 25 нанометра. Грам-положителната бактерия Escherichia coli съдържа двадесет и четири копия от Е.₂, котка. прибавя към себе си протетична група липоат и установява амиден тип връзка с амино групата на лизиновия остатък, влизащ в Е₂.

Дихидролипоилтрансетилазата се конструира чрез взаимодействието на 3 домена с функционални разлики. Те са: амино-краен липоил домен, съдържащ лизинов остатък и липоатом-свързващ домен (централен Е._1- и Е₃) - вътрешен ацилтрансферазен домен, който включва ацилтрансферазни центрове от активен тип.

Комплексът от пируват дехидрогеназа дрожди има само един липоиден домен, бозайници от такива домени имат две, а бактерията Е. coli има три. Последователността на линкер на аминокиселини, които се състоят от двадесет до тридесет аминокиселинни остатъка, разделя Е.₂, докато остатъците от аланини и пролин, разпръснати с аминокиселинни остатъци, които се зареждат. Тези линкери често имат разширени форми. Тази функция засяга факта, че те споделят 3 домейна.

Връзка между произхода

E₁ Активният център създава връзка с TTP и активния център E₃ - с FAD. Ензим на човешкото тяло Е₁ съдържа под формата на тетрамер, който се състои от четири субединици: две Е₁алфа и два Е₁бета. Регулаторните протеини са представени като протеин киназа и фосфопротеин фосфатаза. Този тип структура (Е₁-E₂-E₃) остава елемент на консерватизма в еволюционното учение. Комплекси със сходна структура и устройство могат да участват в редица реакции, които са различни от стандартните, например, когато са подложени на окисляване алфа - кетоглутарат през целия цикъл на Кребс, също се окислява и алфа-кетокиселина, която се образува поради катаболитното използване на аминокиселини от разклонен тип: валин, левцин и изолевцин.

Пируват дехидрогеназният комплекс има ензима Е₃, който се среща и в други комплекси. Сходството на протеиновата структура, кофакторите и реакционните механизми показва общ произход. Липоатът е прикрепен към лизин Е₂, и създава един вид "ръка", която може да се премести от активния център Е₁ към активните центрове Е₂ и Е₃, който е приблизително 5 nm.

Еукариотите в пируват дехидрогеназния комплекс съдържат дванадесет субединици от ЕЗЗВ (Е.₃ Свързващ протеин с некаталитично естество). Местоположението на този протеин не е точно известно. Съществува хипотеза, че този протеин заменя част от подгрупата на субединицата. E₂ в крава PDH.

Комуникация с микроорганизми

Този комплекс е присъщ на някои видове бактерии от анаеробен тип. Въпреки това, броят на бактериалните организми, които имат PDH в тяхната структура, е малък. Функциите, изпълнявани от комплекса в бактериите, обикновено се свеждат до общите процеси. Например, ролята на пируват дехидрогеназа комплекс в бактерии Zymonomonas Mobilis ферментация е алкохолен характер. Пируватските бактерии в размер до 98% ще бъдат изразходвани за точно такива цели. останалите няколко процента се окислява до въглероден диоксид, никотинамид аденин динуклеотид, ацетил-СоА и т. г. Интересното структура на комплекса пируват дехидрогеназа в Zimomonas Mobilis. Този микроорганизъм включва четири ензима: Е.₁алфа, Е.₁бета, Е₂ и Е₃. В PDH на тази бактерия има липоиден домен в Е₁бета, което го прави уникален. Комплексът е представен от Е₂, а организацията на самия комплекс е под формата на додекаедър от петоъгълния тип. Zymononas mobilis няма цяла серия ензими от цикъла на трикарбоксилната киселина и следователно неговият PDH се занимава само с анаболни функции.

PDH в човека

Човекът, подобно на други живи организми, има гени, участващи в PDH кодирането. В хромозомата X, генът Е₁алфа - PDHA 1. Механизмът на действие на комплекса пируват дехидрогеназа е изключително важно, която следва от факта, че има повече от тридесет видове мутантни алели на гена по-горе, и всеки от мутацията води до PDH-недостатъчност. Симптоматиката на заболяването може да варира от лека природата laktatatsidozovyh проблеми до фатални дефекти в развитието на организма. Мъжете, които имат Х-хромозома, която включва такъв алел, очакват ранна смърт в най-ранна възраст. Жени също са подложени на това заболяване, но в по-малка степен и самият проблем е да инактивира всяка X-хромозома.

Проблеми с мутацията

E₁бета - PDHB - се намира на третата хромозома. Само два алела от вида на мутанта са известни в този ген, който, в хомозиготна позиция, води до фатален изход през цялата година, който е свързан с малформации.

Вероятно има и други подобни алели, които могат да причинят смърт на цялостното развитие на тялото. E₂ - DLAT - се концентрира върху единадесетата хромозома. Човечеството е наясно с две алели на този ген, които ще създадат проблеми в бъдеще, но правилното хранене може да компенсира това. Има голяма вероятност плодът да умре в утробата поради други мутации на този ген. E₃ - dld - се намира на седмата хромозома и включва голям брой алели. Голяма част от тях водят до появата на генетични заболявания, които ще бъдат свързани с нарушение на метаболизма на аминокиселините.

заключение

Проучихме колко е важен комплексът от пируват дехидрогеназа за живите организми. Реакциите срещащи се в него, са насочени предимно към декарбоксилирането на пируват чрез окисление и високо специализирани PDH, но при различни условия, в присъствието на някои причини и може да изпълнява други функции характер като да участват в ферментацията. Също така разбрахме, че протеиновите комплекси, които участват в пируватното окисление, се състоят от пет ензими, които остават оперативни само с пет кофактора. Всички промени в алгоритъма на сложния механизъм за декарбоксилиране могат да причинят сериозни патологии и дори да доведат до смъртта на индивида.