Tässä artikkelissa yritämme selittää helposti, mitä pyruvaattidehydrogenaasikompleksi on ja prosessin biokemiaa, paljastaa entsyymien ja koentsyymien koostumuksen, osoittaa tämän kompleksin roolin ja merkityksen luonnossa. ja ihmiselämää. Lisäksi otetaan huomioon mahdolliset seuraukset kompleksin toiminnallisen tarkoituksen rikkomisesta ja niiden ilmenemisajankohta.
Konseptin esittely
Pyruvaattidehydrogenaasikompleksi (PDH) on proteiinityyppinen kompleksi, jonka tehtävänä on suorittaa pyruvaatin hapetus dekarboksyloinnin seurauksena. Tämä kompleksi sisältää 3 entsyymiä sekä kaksi proteiinia, jotka ovat välttämättömiä aputoimintojen toteuttamiseen. Jotta pyruvaattidehydrogenaasikompleksi toimisi, läsnä on oltava tiettyjä kofaktoreita. Niitä on viisi: CoA, nikotiiniamidiadeniinidinukleotidi, flaviiniadeniinidinukleotidi, tiamiinipyrofosfaatti ja lipoaatti.
PDH:n lokalisointi bakteeriorganismeissa keskittyy sytoplasmaan, eukaryoottisolut varastoivat senmitokondrioiden matriisissa.
Yhdistetty pyruvaattidekarboksylaatioon
Pyruvaattidehydrogenaasikompleksin merkitys piilee pyruvaatin hapetusreaktiossa. Mieti tämän prosessin ydintä.
Pyruvaatin hapettumismekanismi dekarboksylaation vaikutuksesta on luonteeltaan biokemiallinen prosessi, jossa tapahtuu yksikön CO2-molekyylin pilkkoutuminen, ja sitten tämä Molekyyli lisätään pyruvaattiin, dekarboksyloidaan ja kuuluu koentsyymi A:han (CoA). Näin syntyy asetyyli-KoA. Tämä ilmiö on välissä glykolyysiprosessien ja trikarboksyylihapposyklin välillä. Pyruvaattidikarboksylaatioprosessi suoritetaan monimutkaisen MPC:n osallistuessa, joka, kuten aiemmin mainittiin, sisältää kolme entsyymiä ja kaksi apuproteiinia.
Koentsyymien rooli
Pyruvaattidehydrogenaasikompleksin kann alta entsyymeillä on ratkaiseva rooli. He voivat kuitenkin aloittaa työnsä vain viiden edellä mainitun koentsyymin tai proteesin ryhmän läsnä ollessa. Itse prosessi johtaa lopulta siihen, että asyyliryhmä sisällytetään CoA-asetyyliin. Koentsyymeistä puhuttaessa sinun on tiedettävä, että niistä neljä kuuluu vitamiinijohdannaisiin: tiamiini, riboflaviini, niasiini ja pantoteenihappo.
Flavina-adeniinidinukleotidi ja nikotiiniamidiadeniinidinukleotidi osallistuvat elektronien siirtoon, ja tiamiinipyrofosfaatti, joka tunnetaan monille nimelläpyruvaattidekarboksyylikoentsyymi, osallistuu käymisreaktioihin.
Tioliryhmän aktivointi
Asetylaatiokoentsyymi (A) - sisältää tiolityyppisen ryhmän (-SH), joka on erittäin aktiivinen, se on kriittinen ja välttämätön CoA:lle toimiakseen aineena, joka voi siirtää asyyliryhmän tioliin ja muodostaa tioeetteri. Tioliestereillä (tioeettereillä) on melko korkea vapaan luonteen hydrolyysienergia, joten niillä on suuri potentiaali siirtää asyyliryhmä erilaisiin vastaanottajamolekyyleihin. Tästä syystä asetyyli-CoA:ta kutsutaan ajoittain aktivoiduksi CH3COOH.
Elektronin siirto
Vitamiinijohdannaisten neljän kofaktorin lisäksi pyruvaattidehydrogenaasikompleksissa on viides kofaktori, nimeltään lipoaatti. Siinä on 2 tiolityyppistä ryhmää, jotka voivat läpikäydä reversiibelin hapettumisen, mikä johtaa disulfidisidoksen (-S-S-) muodostumiseen, joka on samanlainen kuin tämä prosessi etenee proteiineissa olevien aminohappojen ja kysteiinitähteiden välillä. Hapettumis- ja t alteenottokyky antaa lipoaatille kyvyn toimia paitsi asyyliryhmän myös elektronien kantajana.
Entsyymipakkaus
Entsyymeistä pyruvaattidehydrogenaasikompleksi sisältää kolme pääkomponenttia. Ensimmäinen entsyymi on pyruvaattidehydrosenaasi (E1). Toinen entsyymi ondihydrolipoyylidehydrogenaasi (E3). Kolmas on dihydrolipoyylitransasetylaasi (E2). Pyruvaattidehydrogenaasikompleksi sisältää nämä entsyymit ja varastoi ne suurena määränä kopioita. Kunkin entsyymin kopioiden lukumäärä voi olla erilainen, ja siksi kompleksin koko voi vaihdella suuresti. Nisäkkäiden PDH-kompleksin halkaisija on noin 50 nanometriä. Tämä on 5-6 kertaa suurempi kuin ribosomin halkaisija. Tällaiset kompleksit ovat erittäin suuria, joten ne voidaan erottaa elektronimikroskoopissa.
Grampositiivisen bacillus stearothermophilus -bakteerin PDH:ssa on kuusikymmentä identtistä kopiota dihydrolipoyylitransasetylaasia, jotka puolestaan muodostavat viisikulmaisen tyyppisen dodekaedrin, jonka halkaisija on noin 25 nanometriä. Gram-positiivinen Escherichia coli -bakteeri sisältää kaksikymmentäneljä kopiota E2, kat. kiinnittää lipoaatin proteettisen ryhmän itseensä ja muodostaa amidityyppisen sidoksen E2.
lysiinitähteen aminoryhmän kanssa
Dihydrolipoyylitransasetylaasi rakentuu 3 domeenin vuorovaikutuksesta, joilla on toiminnallisia eroja. Nämä ovat: aminoterminaalinen lipoyylidomeeni, joka sisältää lysiinitähteen ja liittyy lipoaattiin; sitova verkkotunnus (keski E1- ja E3-); sisäinen asyylitransferaasidomeeni, joka sisältää aktiivisen tyypin asyylitransferaasikeskukset.
Hiivan pyruvaattidehydrogenaasikompleksissa on vain yksi lipoyylityyppinen domeeni, nisäkkäillä on kaksi tällaista domeenia ja Escherichia coli -bakteerilla kolme. Aminohappojen linkkerisekvenssikahdestakymmenestä kolmeenkymmeneen aminohappotähteestä, jakaa E2, kun taas alaniini- ja proliinitähteet ovat välissä aminohappotähteiden kanssa, jotka ovat varautuneet. Näillä linkkereillä on useimmiten laajennettu muoto. Tämä ominaisuus vaikuttaa siihen, että he jakavat 3 verkkotunnusta.
Alkuperäsuhde
E1 muodostaa yhteyden TTP:hen sen aktiivisen keskuksen kanssa ja aktiivinen keskus E3 muodostaa yhteyden FAD:iin. Ihmiskeho sisältää entsyymiä E1 tetrameerin muodossa, joka koostuu neljästä alayksiköstä: kahdesta E1alpha ja kahdesta E. 1 beta. Säätelyproteiinit ovat proteiinikinaasin ja fosfoproteiinifosfataasin muodossa. Tämän tyyppinen rakenne (E1- E2- E 3) on edelleen konservatismin elementti evolutionaarisessa opetuksessa. Rakenteeltaan ja rakenteeltaan samanlaiset kompleksit voivat osallistua erilaisiin reaktioihin, jotka eroavat tavallisista reaktioista, esimerkiksi kun α-ketoglutaraatti hapettuu Krebsin syklin aikana, hapettuu myös α-ketohappo, joka muodostui katabolisen hyödyntämisen seurauksena. haarautuneen tyypin aminohapoista: valiini, leusiini ja isoleusiini.
Pyruvaattidehydrogenaasikompleksissa on entsyymi E3, jota löytyy myös muista komplekseista. Proteiinirakenteen, kofaktorien ja myös reaktiomekanismien samank altaisuus viittaa yhteiseen alkuperään. Lipoaatti kiinnittyy lysiiniin E2 ja syntyy eräänlainen”käsi”, joka pystyy siirtymään aktiivisesta keskustasta E1 aktiiviset keskukset E 2 jaE3, joka on noin 5 nm.
Eukaryootit pyruvaattidehydrogenaasikompleksissa sisältävät kaksitoista E3BP:n alayksikköä (E3 – ei-katalyyttinen sitova proteiini). Tämän proteiinin tarkkaa sijaintia ei tunneta. On olemassa hypoteesi, että tämä proteiini korvaa osan alajoukosta. E2 lehmän PDH:ssa.
Kommunikointi mikro-organismien kanssa
Tarkasteltu kompleksi on luontainen tietyntyyppisille anaerobisille bakteereille. Kuitenkin niiden bakteeri-organismien määrä, joiden rakenteessa on PDH, on pieni. Kompleksin suorittamat toiminnot bakteereissa rajoittuvat yleensä yleisiin prosesseihin. Esimerkiksi pyruvaattidehydrogenaasikompleksin rooli Zymonomonas mobilis -bakteerissa on alkoholikäyminen. Pyruvaattibakteereja käytetään jopa 98 %:n määrä tällaisiin tarkoituksiin. Loput muutamat prosenttiosuudet hapettuvat hiilidioksidiksi, nikotiiniamidiadeniinidinukleotidiksi, asetyyli-CoA:ksi jne. Zymomonas mobiliksen pyruvaattidehydrogenaasikompleksin rakenne on mielenkiintoinen. Tällä mikro-organismilla on neljä entsyymiä: E1alfa, E1beta, E2 ja E 3. Tämän bakteerin PDH sisältää lipoyylidomeenin E1beta-alueella, mikä tekee siitä ainutlaatuisen. Kompleksin ydin on E2, ja itse kompleksin organisaatio on viisikulmaisen dodekaedrin muotoinen. Zymomonas mobilisilla ei ole koko sarjaa trikarboksyylihapposyklin entsyymejä, ja siksi sen PDH osallistuu vain anabolisiin toimintoihin.
PDH miehessä
Ihminen, kuten muutkin elävät organismit,sillä on PDH:ta koodaavia geenejä. Geeni E1alpha – PDHA 1 on paikantunut X-kromosomiin PDH-puutokselle. Taudin oireet voivat vaihdella suuresti lievistä maitohappoasidoosi-ongelmista tappaviin kehon kehityksen epämuodostumisiin. Miehet, joiden X-kromosomissa on samanlainen alleeli, kuolevat pian hyvin nuorena. Tämä sairaus vaikuttaa myös naishenkilöihin, mutta vähemmässä määrin, ja itse ongelmana on minkä tahansa X-kromosomin inaktivoituminen.
Mutaatioongelmia
E1beta - PDHB - sijaitsee kolmannessa kromosomissa. Tästä geenistä tunnetaan vain kaksi mutanttityypin alleelia, jotka homotsygoottisessa asennossa johtavat ympäri vuoden tappavaan lopputulokseen, joka liittyy epämuodostumiin.
Todennäköisesti on muita samanlaisia alleeleja, jotka voivat aiheuttaa kuoleman ennen organismin täydellistä kehitystä. E2 - DLAT - keskittynyt yhdenteentoista kromosomiin. Ihmiskunta tietää tämän geenin kahdesta alleelista, jotka aiheuttavat ongelmia tulevaisuudessa, mutta oikea ruokavalio voi kompensoida tämän. On suuri mahdollisuus, että sikiö kuolee kohdun sisällä tämän geenin muiden mutaatioiden vuoksi. E3 - dld - sijaitsee seitsemännessä kromosomissa ja sisältää suuren määrän alleeleja. Tarpeeksisuuri osa niistä johtaa geneettisten sairauksien esiintymiseen, jotka liittyvät aminohappoaineenvaihdunnan häiriintymiseen.
Johtopäätös
Olemme pohtineet, kuinka tärkeä pyruvaattidehydrogenaasikompleksi on eläville organismeille. Siinä tapahtuvat reaktiot tähtäävät ensisijaisesti pyruvaatin dekarboksylaatioon hapettamalla, ja PDH itsessään on pitkälle erikoistunutta, mutta eri olosuhteissa se voi tietyistä syistä suorittaa myös erilaisia toimintoja, esimerkiksi osallistua fermentaatioon. Havaitsimme myös, että proteiinityyppiset kompleksit, jotka osallistuvat pyruvaatin hapettumiseen, koostuvat viidestä entsyymistä, jotka pysyvät toimivina vain viiden kofaktorin läsnä ollessa. Kaikki muutokset monimutkaisen dekarboksylaation mekanismin algoritmissa voivat aiheuttaa vakavia patologioita ja jopa johtaa yksilön kuolemaan.
