Sa artikulong ito susubukan naming ipaliwanag sa isang madaling paraan kung ano ang pyruvate dehydrogenase complex at ang biochemistry ng proseso, upang ipakita ang komposisyon ng mga enzyme at coenzymes, upang ipahiwatig ang papel at kahalagahan ng kumplikadong ito sa kalikasan at buhay ng tao. Bilang karagdagan, ang mga posibleng kahihinatnan ng paglabag sa functional na layunin ng complex at ang oras ng kanilang pagpapakita ay isasaalang-alang.
Introduksyon sa konsepto
Ang
Pyruvate dehydrogenase complex (PDH) ay isang kumplikadong uri ng protina na ang tungkulin ay isagawa ang oksihenasyon ng pyruvate bilang resulta ng decarboxylation. Ang complex na ito ay naglalaman ng 3 enzymes, pati na rin ang dalawang protina na kinakailangan para sa pagpapatupad ng mga pantulong na function. Para gumana ang pyruvate dehydrogenase complex, dapat na naroroon ang ilang mga cofactor. Mayroong lima sa kanila: CoA, nicotinamide adenine dinucleotide, flavin adenine dinucleotide, thiamine pyrophosphate at lipoate.
Localization ng PDH sa bacterial organism ay puro sa cytoplasm, iniimbak ito ng mga eukaryotic cellssa matrix sa mitochondria.
Nauugnay sa pyruvate decarboxylation
Ang kahalagahan ng pyruvate dehydrogenase complex ay nakasalalay sa reaksyon ng oksihenasyon ng pyruvate. Isaalang-alang ang kakanyahan ng prosesong ito.
Ang mekanismo ng pyruvate oxidation sa ilalim ng impluwensya ng decarboxylation ay isang proseso ng biochemical na kalikasan, kung saan ang cleavage ng CO2 molecule sa isahan ay nangyayari, at pagkatapos ay ito molecule ay idinagdag sa pyruvate, sumailalim sa decarboxylation at kabilang sa coenzyme A (CoA). Ito ay kung paano nilikha ang acetyl-KoA. Ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay sumasakop sa isang intermediate na lugar sa pagitan ng mga proseso ng glycolysis at ang tricarboxylic acid cycle. Ang proseso ng pyruvate dicarboxylation ay isinasagawa kasama ng isang kumplikadong MPC, na, gaya ng naunang nabanggit, ay kinabibilangan ng tatlong enzyme at dalawang auxiliary na protina.
Ang papel ng mga coenzymes
Para sa pyruvate dehydrogenase complex, ang mga enzyme ay may mahalagang papel. Gayunpaman, maaari lamang nilang simulan ang kanilang trabaho sa pagkakaroon ng limang coenzymes o grupo ng prosthetic na uri na nakalista sa itaas. Ang proseso mismo ay hahantong sa katotohanan na ang acyl group ay isasama sa CoA-acetyl. Sa pagsasalita tungkol sa mga coenzymes, kailangan mong malaman na apat sa mga ito ay nabibilang sa mga bitamina derivatives: thiamine, riboflavin, niacin at pantothenic acid.
Ang
Flavina adenine dinucleotide at nicotinamide adenine dinucleotide ay kasangkot sa paglilipat ng elektron, at thiamine pyrophosphate, na kilala ng marami bilangpyruvate decarboxylic coenzyme, pumapasok sa mga reaksyon ng fermentation.
Pag-activate ng thiol group
Acetylation coenzyme (A) - naglalaman ng thiol-type group (-SH), na napakaaktibo, ito ay kritikal at kinakailangan para gumana ang CoA bilang isang substance na maaaring maglipat ng acyl group sa thiol at bumuo thioether. Ang mga ester ng thiols (thioethers) ay may medyo mataas na rate ng hydrolysis na enerhiya ng isang libreng kalikasan, samakatuwid mayroon silang mataas na potensyal para sa paglilipat ng isang acyl group sa isang iba't ibang mga molecule ng acceptor. Kaya naman pana-panahong tinatawag ang acetyl CoA na activated CH3COOH.
Paglipat ng elektron
Bilang karagdagan sa apat na cofactor na derivatives ng mga bitamina, mayroong ika-5 cofactor ng pyruvate dehydrogenase complex, na tinatawag na lipoate. Mayroon itong 2 thiol-type na grupo na maaaring sumailalim sa reversible oxidation, na nagreresulta sa pagbuo ng isang disulfide bond (-S-S-), na katulad ng kung paano nagpapatuloy ang prosesong ito sa pagitan ng mga amino acid at cysteine residues sa mga protina. Ang kakayahang mag-oxidize at mag-recover ay nagbibigay sa lipoate ng kakayahang maging carrier hindi lamang ng acyl group, kundi pati na rin ng mga electron.
Enzymatic kit
Sa mga enzyme, ang pyruvate dehydrogenase complex ay may kasamang tatlong pangunahing bahagi. Ang unang enzyme ay pyruvate dehydrosenase (E1). Ang pangalawang enzyme aydihydrolipoyl dehydrogenase (E3). Ang pangatlo ay dihydrolipoyltransacetylase (E2). Kasama sa pyruvate dehydrogenase complex ang mga enzyme na ito, na nag-iimbak ng mga ito sa isang malaking bilang ng mga kopya. Ang bilang ng mga kopya ng bawat enzyme ay maaaring magkakaiba, at samakatuwid ang laki ng complex ay maaaring mag-iba nang malaki. Ang PDH complex sa mga mammal ay humigit-kumulang 50 nanometer ang lapad. Ito ay 5-6 beses na mas malaki kaysa sa diameter ng ribosome. Ang mga naturang complex ay napakalaki, kaya maaari silang makilala sa isang electron microscope.
Ang gram-positive na bacillus stearothermophilus bacterium ay may animnapung magkaparehong kopya ng dihydrolipoyl transacetylase sa PDH nito, na lumilikha naman ng pentagonal-type na dodecahedron na humigit-kumulang 25 nanometer ang lapad. Ang gram-positive bacterium na Escherichia coli ay naglalaman ng dalawampu't apat na kopya ng E2, pusa. ikinakabit ang prosthetic group ng lipoate sa sarili nito, at nagtatatag ito ng amide-type bond sa amino group ng lysine residue na kasama sa E2.
Ang
Dihydrolipoyltransacetylase ay binuo sa pamamagitan ng pakikipag-ugnayan ng 3 domain na may mga pagkakaiba sa pagganap. Ito ay: isang aminoterminal lipoyl domain na naglalaman ng lysine residue at nauugnay sa isang lipoate; binding domain (central E1- at E3-); panloob na acyltransferase domain, na kinabibilangan ng mga aktibong uri ng acyltransferase center.
Ang yeast pyruvate dehydrogenase complex ay mayroon lamang isang lipoyl-type na domain, ang mga mammal ay may dalawang ganoong domain, at ang bacterium na Escherichia coli ay may tatlo. Ang linker sequence ng mga amino acids nasa dalawampu't tatlumpung residue ng amino acid, ay nagbabahagi ng E2, habang ang mga residue ng alanine at proline ay sinasalitan ng mga residue ng amino acid na sinisingil. Ang mga linker na ito ay kadalasang may pinahabang hugis. Naaapektuhan ng feature na ito ang katotohanang nagbabahagi sila ng 3 domain.
Relasyon ng Pinagmulan
Ang
E1 ay nagtatatag ng koneksyon sa TTP kasama ang aktibong center nito, at ang aktibong center na E3 ay nagtatatag ng koneksyon sa FAD. Ang katawan ng tao ay naglalaman ng enzyme E1 sa anyo ng isang tetramer, na binubuo ng apat na subunits: dalawang E1alpha at dalawang E 1 beta. Ang mga protina ng regulasyon ay ipinakita sa anyo ng protina kinase at phosphoprotein phosphatase. Ang ganitong uri ng istraktura (E1- E2- E Ang 3) ay nananatiling elemento ng konserbatismo sa pagtuturo ng ebolusyon. Ang mga complex na may katulad na istraktura at istraktura ay maaaring lumahok sa iba't ibang mga reaksyon na naiiba sa mga karaniwang, halimbawa, kapag ang α-ketoglutarate ay na-oxidize sa panahon ng Krebs cycle, ang α-keto acid ay na-oxidized din, na nabuo dahil sa catabolic utilization ng branched-type na amino acids: valine, leucine at isoleucine.
Ang pyruvate dehydrogenase complex ay may enzyme E3, na matatagpuan din sa iba pang mga complex. Ang pagkakapareho ng istraktura ng protina, mga cofactor at mga mekanismo ng reaksyon ay tumutukoy sa isang karaniwang pinagmulan. Ang lipoate ay nakakabit sa lysine E2, at ang isang uri ng “kamay” ay nilikha na maaaring lumipat mula sa aktibong sentro E1 patungo sa mga aktibong sentro E 2 atE3, na tinatayang 5 nm.
Ang
Eukaryotes sa pyruvate dehydrogenase complex ay naglalaman ng labindalawang subunit ng E3BP (E3 – isang binding protein na hindi catalytic na kalikasan). Ang eksaktong lokasyon ng protina na ito ay hindi alam. Mayroong hypothesis na pinapalitan ng protina na ito ang ilang subset ng subed. E2 sa baka PDH.
Komunikasyon sa mga mikroorganismo
Ang itinuturing na kumplikado ay likas sa ilang uri ng anaerobic bacteria. Gayunpaman, ang bilang ng mga bacterial organism na mayroong PDH sa kanilang istraktura ay maliit. Ang mga pag-andar na isinagawa ng kumplikado sa bakterya, bilang panuntunan, ay nabawasan sa mga pangkalahatang proseso. Halimbawa, ang papel ng pyruvate dehydrogenase complex sa bacterium Zymonomonas mobilis ay alcoholic fermentation. Ang pyruvate bacteria sa halagang hanggang 98% ay gagamitin para sa mga naturang layunin. Ang natitirang ilang porsyento ay na-oxidized sa carbon dioxide, nicotinamide adenine dinucleotide, acetyl-CoA, atbp. Ang istraktura ng pyruvate dehydrogenase complex sa Zymomonas mobilis ay kawili-wili. Ang mikroorganismo na ito ay may apat na enzyme: E1alpha, E1beta, E2 at E 3. Ang PDH ng bacterium na ito ay naglalaman ng lipoyl domain sa loob ng E1beta, na ginagawang kakaiba. Ang core ng complex ay E2, at ang organisasyon ng complex mismo ay nasa anyo ng pentagonal dodecahedron. Ang Zymomonas mobilis ay walang buong serye ng mga enzyme ng tricarboxylic acid cycle, at samakatuwid ang PDH nito ay nakikibahagi lamang sa mga anabolic function.
PDH sa lalaki
Ang tao, tulad ng ibang mga buhay na organismo,ay may mga gene na naka-encode ng PDH. Ang gene E1alpha – PDHA 1 ay naka-localize sa X chromosome. sa PDH deficiency. Ang mga sintomas ng sakit ay maaaring mag-iba nang malaki mula sa banayad na mga problema sa lactic acidosis hanggang sa nakamamatay na mga malformasyon sa pag-unlad ng katawan. Ang mga lalaking may X chromosome na may kasamang katulad na allele ay malapit nang mamatay sa napakabata edad. Ang mga babaeng indibidwal ay apektado rin ng sakit na ito, ngunit sa mas mababang antas, at ang problema mismo ay ang hindi aktibo ng anumang X chromosome.
Mga problema ng mutasyon
E1beta - PDHB - ay matatagpuan sa ikatlong chromosome. Dalawang alleles lang ng mutant type ang kilala para sa gene na ito, na, na nasa homozygous na posisyon, ay humahantong sa isang nakamamatay na resulta sa buong taon, na nauugnay sa mga malformation.
Marahil may iba pang katulad na alleles na maaaring magdulot ng kamatayan bago ang buong pag-unlad ng organismo. E2 - DLAT - naka-concentrate sa ikalabing-isang chromosome. Alam ng sangkatauhan ang tungkol sa dalawang alleles ng gene na ito na lilikha ng mga problema sa hinaharap, ngunit ang tamang diyeta ay maaaring makabawi para dito. Malaki ang posibilidad na ang fetus ay mamatay sa loob ng sinapupunan dahil sa iba pang mutasyon sa gene na ito. Ang E3 - dld - ay matatagpuan sa ikapitong chromosome at may kasamang malaking bilang ng mga alleles. Tama naang malaking porsyento ng mga ito ay humahantong sa paglitaw ng mga sakit na may genetic na kalikasan, na maiuugnay sa isang paglabag sa metabolismo ng amino acid.
Konklusyon
Isinaalang-alang namin kung gaano kahalaga ang pyruvate dehydrogenase complex para sa mga buhay na organismo. Ang mga reaksyon na nagaganap dito ay pangunahing naglalayong sa decarboxylation ng pyruvate sa pamamagitan ng oksihenasyon, at ang PDH mismo ay lubos na dalubhasa, ngunit sa ilalim ng iba't ibang mga kondisyon, na may ilang mga kadahilanan, maaari rin itong magsagawa ng mga pag-andar ng ibang kalikasan, halimbawa, lumahok sa pagbuburo. Natagpuan din namin na ang mga kumplikadong uri ng protina na kasangkot sa pyruvate oxidation ay binubuo ng limang mga enzyme na nananatiling gumagana lamang sa pagkakaroon ng limang cofactor. Ang anumang mga pagbabago sa algorithm ng kumplikadong mekanismo ng decarboxylation ay maaaring magdulot ng malubhang mga pathologies at maging sanhi ng pagkamatay ng indibidwal.
