In dit artikel zullen we proberen op een toegankelijke manier uit te leggen wat het pyruvaatdehydrogenasecomplex is en de biochemie van het proces, om de samenstelling van enzymen en co-enzymen te onthullen, om de rol en betekenis van dit complex in de natuur aan te geven en mensenleven. Bovendien zullen mogelijke gevolgen van schending van het functionele doel van het complex en het tijdstip van hun manifestatie worden overwogen.
Inleiding tot het concept
Pyruvaatdehydrogenasecomplex (PDH) is een eiwittype complex waarvan de rol is om de oxidatie van pyruvaat uit te voeren als gevolg van decarboxylering. Dit complex bevat 3 enzymen, evenals twee eiwitten die nodig zijn voor de implementatie van hulpfuncties. Om het pyruvaatdehydrogenasecomplex te laten functioneren, moeten bepaalde cofactoren aanwezig zijn. Er zijn er vijf: CoA, nicotinamide-adenine-dinucleotide, flavine-adenine-dinucleotide, thiaminepyrofosfaat en lipoaat.
Lokalisatie van PDH in bacteriële organismen is geconcentreerd in het cytoplasma, eukaryote cellen slaan het opin de matrix op mitochondriën.
Geassocieerd met pyruvaatdecarboxylering
De betekenis van het pyruvaatdehydrogenasecomplex ligt in de oxidatiereactie van pyruvaat. Overweeg de essentie van dit proces.
Het mechanisme van pyruvaatoxidatie onder invloed van decarboxylering is een proces van biochemische aard, waarbij de splitsing van het CO2 molecuul in het enkelvoud plaatsvindt, en dan dit molecuul wordt toegevoegd aan pyruvaat, onderworpen aan decarboxylering en behorend tot co-enzym A (CoA). Zo ontstaat acetyl-KoA. Dit fenomeen neemt een tussenliggende plaats in tussen de processen van glycolyse en de tricarbonzuurcyclus. Het proces van pyruvaatdicarboxylering wordt uitgevoerd met de deelname van een complexe MPC, die, zoals eerder vermeld, drie enzymen en twee hulpeiwitten omvat.
De rol van co-enzymen
Voor het pyruvaatdehydrogenasecomplex spelen enzymen een cruciale rol. Ze kunnen echter alleen met hun werk beginnen in aanwezigheid van vijf co-enzymen of groepen van het prothetische type die hierboven zijn vermeld. Het proces zelf zal er uiteindelijk toe leiden dat de acylgroep in het CoA-acetyl wordt opgenomen. Over co-enzymen gesproken, u moet weten dat er vier tot vitaminederivaten behoren: thiamine, riboflavine, niacine en pantotheenzuur.
Flavina-adenine-dinucleotide en nicotinamide-adenine-dinucleotide zijn betrokken bij elektronenoverdracht, en thiaminepyrofosfaat, bij velen bekend alspyruvaat decarboxyl co-enzym, gaat fermentatiereacties aan.
Activering van de thiolgroep
Acetylering co-enzym (A) - bevat een thiol-type groep (-SH), die zeer actief is, het is van cruciaal belang en noodzakelijk voor CoA om te functioneren als een stof die de acylgroep naar de thiol kan overbrengen en vormen thioether. Esters van thiolen (thioethers) hebben een vrij hoge hydrolyse-energie van vrije aard, daarom hebben ze een hoog potentieel voor het overbrengen van een acylgroep naar een verscheidenheid aan acceptormoleculen. Daarom wordt acetyl CoA periodiek geactiveerd CH3COOH.
genoemd.
Elektronenoverdracht
Naast de vier cofactoren die derivaten zijn van vitamines, is er een 5e cofactor van het pyruvaatdehydrogenasecomplex, lipoaat genaamd. Het heeft 2 thiol-achtige groepen die omkeerbare oxidatie kunnen ondergaan, wat resulteert in de vorming van een disulfidebinding (-S-S-), wat vergelijkbaar is met hoe dit proces verloopt tussen aminozuren en cysteïneresten in eiwitten. Het vermogen om te oxideren en te herstellen geeft het lipoaat het vermogen om niet alleen een drager te zijn van de acylgroep, maar ook van elektronen.
Enzymatische kit
Van de enzymen omvat het pyruvaatdehydrogenasecomplex drie hoofdcomponenten. Het eerste enzym is pyruvaatdehydrosenase (E1). Het tweede enzym isdihydrolipoyldehydrogenase (E3). De derde is dihydrolipoyltransacetylase (E2). Het pyruvaatdehydrogenasecomplex omvat deze enzymen en slaat ze op in een groot aantal kopieën. Het aantal kopieën van elk enzym kan verschillen, en daarom kan de grootte van het complex sterk variëren. Het PDH-complex bij zoogdieren heeft een diameter van ongeveer 50 nanometer. Dit is 5-6 keer groter dan de diameter van het ribosoom. Dergelijke complexen zijn erg groot, zodat ze in een elektronenmicroscoop kunnen worden onderscheiden.
De grampositieve bacillus stearothermophilus-bacterie heeft zestig identieke kopieën van dihydrolipoyltransacetylase in zijn PDH, die op hun beurt een vijfhoekige dodecaëder vormen met een diameter van ongeveer 25 nanometer. De grampositieve bacterie Escherichia coli bevat vierentwintig exemplaren van E2, cat. hecht de prothetische groep van het lipoaat aan zichzelf, en het brengt een amide-type binding tot stand met de aminogroep van het lysineresidu dat is opgenomen in E2.
Dihydrolipoyltransacetylase wordt opgebouwd door de interactie van 3 domeinen die functionele verschillen hebben. Dit zijn: een aminoterminaal lipoyldomein dat een lysineresidu bevat en is geassocieerd met een lipoaat; bindend domein (centraal E1- en E3-); intern acyltransferase-domein, dat acyltransferasecentra van het actieve type omvat.
Het gistpyruvaatdehydrogenasecomplex heeft slechts één lipoyl-type domein, zoogdieren hebben twee van dergelijke domeinen en de bacterie Escherichia coli heeft er drie. De linkersequentie van aminozuren die zijnvan twintig tot dertig aminozuurresiduen, deelt E2, terwijl alanine- en prolineresiduen worden afgewisseld met aminozuurresiduen die geladen zijn. Deze linkers hebben meestal verlengde vormen. Deze functie beïnvloedt het feit dat ze 3 domeinen delen.
Relatie van herkomst
E1 brengt een verbinding tot stand met de TTP met zijn actieve centrum, en het actieve centrum E3 brengt een verbinding tot stand met FAD. Het menselijk lichaam bevat het enzym E1 in de vorm van een tetrameer, dat uit vier subeenheden bestaat: twee E1alpha en twee E 1 beta. Regulerende eiwitten worden gepresenteerd in de vorm van eiwitkinase en fosfoproteïnefosfatase. Dit type structuur (E1- E2- E 3) blijft een element van conservatisme in het evolutionaire onderwijs. Complexen met een vergelijkbare structuur en structuur kunnen deelnemen aan een verscheidenheid aan reacties die verschillen van de standaardreacties, bijvoorbeeld wanneer α-ketoglutaraat wordt geoxideerd tijdens de Krebs-cyclus, wordt ook α-ketozuur geoxideerd, dat werd gevormd door katabolisch gebruik van vertakte aminozuren: valine, leucine en isoleucine.
Het pyruvaatdehydrogenasecomplex heeft het enzym E3, dat ook in andere complexen wordt aangetroffen. De gelijkenis van eiwitstructuur, cofactoren en ook reactiemechanismen wijst op een gemeenschappelijke oorsprong. Het lipoaat wordt gehecht aan de lysine E2, en er ontstaat een soort “hand” die in staat is om van het actieve centrum E1 naar de actieve centra E 2 enE3, wat ongeveer 5 nm is.
Eukaryoten in het pyruvaatdehydrogenasecomplex bevatten twaalf subeenheden van E3BP (E3 – een bindend eiwit van niet-katalytische aard). De exacte locatie van dit eiwit is niet bekend. Er is een hypothese dat dit eiwit een subset van subed vervangt. E2 bij koe PDH.
Communicatie met micro-organismen
Het weloverwogen complex is inherent aan sommige soorten anaërobe bacteriën. Het aantal bacteriële organismen met PDH in hun structuur is echter klein. De functies die door het complex in bacteriën worden uitgevoerd, zijn in de regel beperkt tot algemene processen. De rol van het pyruvaatdehydrogenasecomplex in de bacterie Zymonomonas mobilis is bijvoorbeeld alcoholische fermentatie. Pyruvaatbacteriën in een hoeveelheid tot 98% zullen voor dergelijke doeleinden worden opgebruikt. De resterende paar procent wordt geoxideerd tot koolstofdioxide, nicotinamide-adenine-dinucleotide, acetyl-CoA, enz. De structuur van het pyruvaatdehydrogenasecomplex in Zymomonas mobilis is interessant. Dit micro-organisme heeft vier enzymen: E1alpha, E1beta, E2 en E 3. De PDH van deze bacterie bevat een lipoyl-domein binnen E1beta, wat hem uniek maakt. De kern van het complex is E2, en de organisatie van het complex zelf heeft de vorm van een vijfhoekige dodecaëder. Zymomonas mobilis heeft geen hele reeks enzymen van de tricarbonzuurcyclus en daarom is de PDH alleen betrokken bij anabole functies.
PDH in de mens
De mens, net als andere levende organismen,heeft genen die coderen voor PDH. Het gen E1alpha – PDHA 1 is gelokaliseerd op het X-chromosoom bij PDH-deficiëntie. Symptomen van de ziekte kunnen sterk variëren van milde lactaatacidoseproblemen tot dodelijke misvormingen in de ontwikkeling van het lichaam. Mannen bij wie het X-chromosoom een soortgelijk allel bevat, zullen binnenkort op zeer jonge leeftijd overlijden. Vrouwelijke individuen worden ook door deze ziekte getroffen, maar in mindere mate, en het probleem zelf is de inactivering van een X-chromosoom.
Problemen van mutaties
E1beta - PDHB - bevindt zich op het derde chromosoom. Er zijn slechts twee allelen van het mutante type bekend voor dit gen, dat, in een homozygote positie, het hele jaar door leidt tot een dodelijke afloop, die gepaard gaat met misvormingen.
Waarschijnlijk zijn er andere vergelijkbare allelen die de dood kunnen veroorzaken voordat het organisme zich volledig heeft ontwikkeld. E2 - DLAT - geconcentreerd op het elfde chromosoom. De mensheid kent twee allelen van dit gen die in de toekomst voor problemen zullen zorgen, maar de juiste voeding kan dit compenseren. De kans is groot dat de foetus in de baarmoeder sterft door andere mutaties in dit gen. E3 - dld - bevindt zich op het zevende chromosoom en bevat een groot aantal allelen. Genoegeen groot percentage daarvan leidt tot het optreden van ziekten van genetische aard, die geassocieerd zullen worden met een schending van het aminozuurmetabolisme.
Conclusie
We hebben overwogen hoe belangrijk het pyruvaatdehydrogenasecomplex is voor levende organismen. De daarin optredende reacties zijn in de eerste plaats gericht op de decarboxylering van pyruvaat door oxidatie, en PDH zelf is zeer gespecialiseerd, maar onder verschillende omstandigheden en om bepaalde redenen kan het ook andere functies vervullen, bijvoorbeeld deelnemen aan fermentatie. We ontdekten ook dat eiwitachtige complexen die betrokken zijn bij pyruvaatoxidatie, bestaan uit vijf enzymen die alleen functioneel blijven in de aanwezigheid van vijf cofactoren. Elke verandering in het algoritme van het complexe mechanisme van decarboxylering kan ernstige pathologieën veroorzaken en zelfs tot de dood van het individu leiden.
