I denne artikel vil vi forsøge at forklare på en tilgængelig måde, hvad pyruvatdehydrogenasekomplekset er og processens biokemi, for at afsløre sammensætningen af enzymer og coenzymer, for at indikere rollen og betydningen af dette kompleks i naturen og menneskeliv. Derudover vil mulige konsekvenser af krænkelse af kompleksets funktionelle formål og tidspunktet for deres manifestation blive overvejet.
Introduktion til konceptet
Pyruvatdehydrogenasekompleks (PDH) er et protein-type kompleks, hvis rolle er at udføre oxidationen af pyruvat som et resultat af decarboxylering. Dette kompleks indeholder 3 enzymer samt to proteiner, der er nødvendige for implementeringen af hjælpefunktioner. For at pyruvatdehydrogenasekomplekset kan fungere, skal visse cofaktorer være til stede. Der er fem af dem: CoA, nikotinamidadenindinukleotid, flavinadenindinukleotid, thiaminpyrophosphat og lipoat.
Lokalisering af PDH i bakterielle organismer er koncentreret i cytoplasmaet, eukaryote celler lagrer deti matrixen på mitokondrier.
Associeret med pyruvatdecarboxylering
Betydningen af pyruvatdehydrogenasekomplekset ligger i pyruvats oxidationsreaktion. Overvej essensen af denne proces.
Mekanismen for pyruvatoxidation under påvirkning af decarboxylering er en proces af biokemisk karakter, hvor sp altningen af CO2-molekylet i ental sker, og derefter dette molekyle tilsættes til pyruvat, udsat for decarboxylering og tilhører coenzym A (CoA). Sådan skabes acetyl-KoA. Dette fænomen indtager et mellemsted mellem glykolyseprocesserne og tricarboxylsyrecyklussen. Processen med pyruvatdicarboxylering udføres med deltagelse af en kompleks MPC, der som tidligere nævnt omfatter tre enzymer og to hjælpeproteiner.
Coenzymes rolle
For pyruvatdehydrogenasekomplekset spiller enzymer en afgørende rolle. De kan dog kun starte deres arbejde i nærværelse af fem coenzymer eller grupper af den protetiske type, der blev anført ovenfor. Selve processen vil i sidste ende føre til, at acylgruppen vil indgå i CoA-acetylen. Når vi taler om coenzymer, skal du vide, at fire af dem tilhører vitaminderivater: thiamin, riboflavin, niacin og pantothensyre.
Flavina adenindinukleotid og nikotinamidadenindinukleotid er involveret i elektronoverførsel, og thiaminpyrophosphat, kendt af mange sompyruvat decarboxylisk coenzym, indgår i fermenteringsreaktioner.
Aktivering af thiolgruppen
Acetyleringscoenzym (A) - indeholder en thiol-type gruppe (-SH), som er meget aktiv, det er kritisk og nødvendigt for at CoA kan fungere som et stof, der kan overføre acylgruppen til thiolen og danne thioether. Estere af thioler (thioethere) har en ret høj grad af hydrolyseenergi af fri natur, derfor har de et højt potentiale for at overføre en acylgruppe til en række forskellige acceptormolekyler. Det er derfor, acetyl CoA periodisk kaldes aktiveret CH3COOH.
Elektronoverførsel
Ud over de fire cofaktorer, der er derivater af vitaminer, er der en 5. cofaktor af pyruvatdehydrogenasekomplekset, kaldet lipoat. Den har 2 grupper af thiol-typen, der kan gennemgå reversibel oxidation, hvilket resulterer i dannelsen af en disulfidbinding (-S-S-), som svarer til, hvordan denne proces forløber mellem aminosyrer og cysteinrester i proteiner. Evnen til at oxidere og restituere giver lipoatet evnen til ikke kun at være bærer af acylgruppen, men også af elektroner.
Enzymatisk sæt
Af enzymerne omfatter pyruvatdehydrogenasekomplekset tre hovedkomponenter. Det første enzym er pyruvatdehydrosenase (E1). Det andet enzym erdihydrolipoyldehydrogenase (E3). Den tredje er dihydrolipoyltransacetylase (E2). Pyruvat-dehydrogenasekomplekset omfatter disse enzymer, der lagrer dem i et stort antal kopier. Antallet af kopier af hvert enzym kan være forskelligt, og derfor kan kompleksets størrelse variere meget. PDH-komplekset hos pattedyr er omkring 50 nanometer i diameter. Dette er 5-6 gange større end ribosomets diameter. Sådanne komplekser er meget store, så de kan skelnes i et elektronmikroskop.
Den gram-positive bacillus stearothermophilus-bakterie har tres identiske kopier af dihydrolipoyltransacetylase i sin PDH, som igen skaber et femkantet dodekaeder med en diameter på cirka 25 nanometer. Den gram-positive bakterie Escherichia coli indeholder fireogtyve kopier af E2, kat. binder lipoatets protesegruppe til sig selv, og det etablerer en amid-type binding med aminogruppen af lysinresten inkluderet i E2.
Dihydrolipoyltransacetylase er bygget af interaktionen mellem 3 domæner, der har funktionelle forskelle. Disse er: et aminotermin alt lipoyldomæne indeholdende en lysinrest og forbundet med et lipoat; bindende domæne (central E1- og E3-); internt acyltransferasedomæne, som inkluderer aktiv type acyltransferasecentre.
Gærpyruvatdehydrogenasekomplekset har kun ét lipoyl-type domæne, pattedyr har to sådanne domæner, og bakterien Escherichia coli har tre. Linkersekvensen af aminosyrer, der erpå tyve til tredive aminosyrerester, deler E2, mens alanin- og prolinrester er spækket med aminosyrerester, der er ladede. Disse linkere har oftest udvidede former. Denne funktion påvirker det faktum, at de deler 3 domæner.
Oprindelsesforhold
E1 etablerer en forbindelse med TTP'en med dens aktive center, og det aktive center E3 etablerer en forbindelse med FAD. Menneskekroppen indeholder enzymet E1 i form af en tetramer, som består af fire underenheder: to E1alpha og to E 1 beta. Regulatoriske proteiner præsenteres i form af proteinkinase og phosphoprotein phosphatase. Denne type struktur (E1- E2- E 3) forbliver et element af konservatisme i evolutionær undervisning. Komplekser med en lignende struktur og struktur kan deltage i en række forskellige reaktioner, der adskiller sig fra standardreaktionerne, for eksempel når α-ketoglutarat oxideres under Krebs-cyklussen, oxideres α-ketosyren også, som blev dannet på grund af katabolisk udnyttelse af forgrenede aminosyrer: valin, leucin og isoleucin.
Pyruvatdehydrogenasekomplekset har enzymet E3, som også findes i andre komplekser. Ligheden mellem proteinstruktur, cofaktorer og også reaktionsmekanismer peger på en fælles oprindelse. Lipoatet fæstnes til lysinen E2, og der skabes en slags "hånd", der er i stand til at bevæge sig fra det aktive center E1 til aktive centre E 2 ogE3, hvilket er cirka 5 nm.
Eukaryoter i pyruvatdehydrogenasekomplekset indeholder tolv underenheder af E3BP (E3 – et bindende protein af ikke-katalytisk natur). Den nøjagtige placering af dette protein kendes ikke. Der er en hypotese om, at dette protein erstatter en delmængde af subed. E2 i ko PDH.
Kommunikation med mikroorganismer
Det betragtede kompleks er iboende i nogle typer anaerobe bakterier. Antallet af bakterielle organismer, der har PDH i deres struktur, er dog lille. Funktionerne udført af komplekset i bakterier er som regel reduceret til generelle processer. For eksempel er pyruvatdehydrogenasekompleksets rolle i bakterien Zymonomonas mobilis alkoholisk gæring. Pyruvatbakterier i en mængde på op til 98% vil blive brugt op til sådanne formål. De resterende få procent oxideres til kuldioxid, nikotinamid adenindinukleotid, acetyl-CoA osv. Strukturen af pyruvatdehydrogenasekomplekset i Zymomonas mobilis er interessant. Denne mikroorganisme har fire enzymer: E1alpha, E1beta, E2 og E 3. Denne bakteries PDH indeholder et lipoyldomæne inden for E1beta, hvilket gør det unikt. Kernen i komplekset er E2, og selve kompleksets organisering har form af et femkantet dodekaeder. Zymomonas mobilis har ikke en hel række enzymer i tricarboxylsyrecyklussen, og derfor er dens PDH kun engageret i anabolske funktioner.
PDH i mand
Mennesket ligesom andre levende organismer,har gener, der koder for PDH. Genet E1alpha – PDHA 1 er lokaliseret på X-kromosomet til PDH-mangel. Symptomerne på sygdommen kan variere meget fra milde laktatacidoseproblemer til dødelige misdannelser i kroppens udvikling. Mænd, hvis X-kromosom indeholder en lignende allel, vil snart dø i en meget ung alder. Kvindelige individer er også ramt af denne sygdom, men i mindre grad, og selve problemet er inaktiveringen af et hvilket som helst X-kromosom.
Problemer med mutationer
E1beta - PDHB - er placeret på det tredje kromosom. Kun to alleler af mutanttypen er kendt for dette gen, som, idet det er i en homozygot position, fører til et dødeligt udfald hele året, hvilket er forbundet med misdannelser.
Sandsynligvis er der andre lignende alleler, der kan forårsage død før organismens fulde udvikling. E2 - DLAT - koncentreret om det ellevte kromosom. Menneskeheden kender til to alleler af dette gen, som vil skabe problemer i fremtiden, men den rigtige kost kan kompensere for dette. Der er stor chance for, at fosteret dør inde i livmoderen på grund af andre mutationer i dette gen. E3 - dld - er placeret på det syvende kromosom og omfatter et stort antal alleler. Noken stor procentdel af dem fører til forekomsten af sygdomme af genetisk art, som vil være forbundet med en krænkelse af aminosyremetabolismen.
Konklusion
Vi har overvejet, hvor vigtigt pyruvatdehydrogenasekomplekset er for levende organismer. De reaktioner, der forekommer i det, er primært rettet mod decarboxylering af pyruvat ved oxidation, og PDH selv er højt specialiseret, men under forskellige betingelser, med visse grunde, kan det også udføre funktioner af en anden karakter, for eksempel deltage i gæring. Vi fandt også, at proteintypekomplekser, der er involveret i pyruvatoxidation, består af fem enzymer, der kun forbliver funktionelle i nærværelse af fem cofaktorer. Enhver ændring i algoritmen for den komplekse decarboxyleringsmekanisme kan forårsage alvorlige patologier og endda føre til individets død.
