V tomto článku se pokusíme přístupným způsobem vysvětlit, co je to komplex pyruvátdehydrogenázy a biochemii procesu, odhalit složení enzymů a koenzymů, naznačit roli a význam tohoto komplexu v přírodě a lidský život. Kromě toho budou zváženy možné důsledky porušení funkčního účelu komplexu a doby jejich projevu.
Úvod do konceptu
Komplex pyruvátdehydrogenázy (PDH) je komplex proteinového typu, jehož úlohou je provádět oxidaci pyruvátu v důsledku dekarboxylace. Tento komplex obsahuje 3 enzymy a také dva proteiny nezbytné pro realizaci pomocných funkcí. Aby komplex pyruvátdehydrogenázy fungoval, musí být přítomny určité kofaktory. Je jich pět: CoA, nikotinamid adenindinukleotid, flavinadenindinukleotid, thiaminpyrofosfát a lipoát.
Lokalizace PDH v bakteriálních organismech je koncentrována v cytoplazmě, eukaryotické buňky ji ukládajív matrix na mitochondriích.
Spojené s dekarboxylací pyruvátu
Význam pyruvátdehydrogenázového komplexu spočívá v oxidační reakci pyruvátu. Zvažte podstatu tohoto procesu.
Mechanismus oxidace pyruvátu vlivem dekarboxylace je proces biochemické povahy, při kterém dochází ke štěpení molekuly CO2 v jednotném čísle a následně toto molekula je přidána k pyruvátu, podrobena dekarboxylaci a patřící ke koenzymu A (CoA). Tak vzniká acetyl-KoA. Tento jev zaujímá mezilehlé místo mezi procesy glykolýzy a cyklem trikarboxylových kyselin. Proces dikarboxylace pyruvátu se provádí za účasti komplexního MPC, který, jak již bylo zmíněno, zahrnuje tři enzymy a dva pomocné proteiny.
Role koenzymů
Pro komplex pyruvátdehydrogenázy hrají zásadní roli enzymy. Svou práci však mohou zahájit pouze za přítomnosti pěti koenzymů nebo skupin protetického typu, které byly uvedeny výše. Samotný proces nakonec povede k tomu, že acylová skupina bude zahrnuta do CoA-acetylu. Když už jsme u koenzymů, měli byste vědět, že čtyři z nich patří mezi vitaminové deriváty: thiamin, riboflavin, niacin a kyselina pantotenová.
Flavina adenindinukleotid a nikotinamidadenindinukleotid se účastní přenosu elektronů a thiaminpyrofosfát, známý mnoha jakopyruvát dekarboxylový koenzym, vstupuje do fermentačních reakcí.
Aktivace thiolové skupiny
Acetylační koenzym (A) - obsahuje skupinu thiolového typu (-SH), která je velmi aktivní, je kritická a nezbytná, aby CoA fungoval jako látka, která může přenést acylovou skupinu na thiol a vytvořit thioether. Estery thiolů (thioethery) mají poměrně vysokou rychlost hydrolytické energie volné povahy, proto mají vysoký potenciál pro přenos acylové skupiny na různé akceptorové molekuly. Proto se acetyl CoA periodicky nazývá aktivovaný CH3COOH.
Elektronový přenos
Kromě čtyř kofaktorů, které jsou deriváty vitamínů, existuje 5. kofaktor komplexu pyruvátdehydrogenázy, zvaný lipoát. Má 2 skupiny thiolového typu, které mohou podstoupit reverzibilní oxidaci, která má za následek vytvoření disulfidové vazby (-S-S-), což je podobné tomu, jak tento proces probíhá mezi aminokyselinami a cysteinovými zbytky v proteinech. Schopnost oxidovat a regenerovat dává lipoátu schopnost být nosičem nejen acylové skupiny, ale také elektronů.
Enzymatická sada
Z enzymů obsahuje komplex pyruvátdehydrogenázy tři hlavní složky. Prvním enzymem je pyruvátdehydrosenáza (E1). Druhý enzym jedihydrolipoyldehydrogenáza (E3). Třetí je dihydrolipoyltransacetyláza (E2). Komplex pyruvátdehydrogenázy zahrnuje tyto enzymy a ukládá je ve velkém počtu kopií. Počet kopií každého enzymu se může lišit, a proto se velikost komplexu může značně lišit. PDH komplex u savců má průměr asi 50 nanometrů. To je 5-6krát větší než průměr ribozomu. Tyto komplexy jsou velmi velké, takže je lze rozlišit v elektronovém mikroskopu.
Grampozitivní bakterie bacillus stearothermophilus má ve svém PDH šedesát identických kopií dihydrolipoyltransacetylázy, které zase vytvářejí dvanáctistěnný pětiúhelník o průměru přibližně 25 nanometrů. Grampozitivní bakterie Escherichia coli obsahuje dvacet čtyři kopií E2, kat. připojí k sobě protetickou skupinu lipoátu a vytvoří vazbu amidového typu s aminoskupinou lysinového zbytku obsaženého v E2.
Dihydrolipoyltransacetyláza je postavena interakcí 3 domén, které mají funkční rozdíly. Jsou to: aminoterminální lipoylová doména obsahující lysinový zbytek a spojená s lipoátem; vazebná doména (centrální E1- a E3-); vnitřní acyltransferázová doména, která zahrnuje aktivní typ acyltransferázových center.
Kvasinkový pyruvátdehydrogenázový komplex má pouze jednu doménu lipoylového typu, savci mají dvě takové domény a bakterie Escherichia coli tři. Linkerová sekvence aminokyselin, které jsouz dvaceti až třiceti aminokyselinových zbytků sdílí E2, zatímco alaninové a prolinové zbytky jsou rozptýleny s aminokyselinovými zbytky, které jsou nabité. Tyto linkery mají nejčastěji prodloužené tvary. Tato funkce ovlivňuje skutečnost, že sdílejí 3 domény.
Vztah původu
E1 naváže spojení s TTP s jeho aktivním centrem a aktivní centrum E3 naváže spojení s FAD. Lidské tělo obsahuje enzym E1 ve formě tetrameru, který se skládá ze čtyř podjednotek: dvou E1alfa a dvou E 1 beta. Regulační proteiny jsou prezentovány ve formě proteinkinázy a fosfoproteinfosfatázy. Tento typ struktury (E1- E2- E 3) zůstává prvkem konzervatismu v evoluční výuce. Komplexy s podobnou strukturou a strukturou se mohou účastnit celé řady reakcí, které se liší od standardních, např. při oxidaci α-ketoglutarátu během Krebsova cyklu dochází také k oxidaci α-ketokyseliny, která vznikla katabolickým využitím větvených aminokyselin: valin, leucin a isoleucin.
Komplex pyruvátdehydrogenázy má enzym E3, který se také nachází v jiných komplexech. Podobnost proteinové struktury, kofaktorů a také reakčních mechanismů ukazuje na společný původ. Lipoát je připojen k lysinu E2 a je vytvořena jakási „ruka“, která je schopna se pohybovat z aktivního centra E1 do aktivní centra E 2 aE3, což je přibližně 5 nm.
Eukaryota v komplexu pyruvátdehydrogenázy obsahují dvanáct podjednotek E3BP (E3 – vazebný protein nekatalytické povahy). Přesné umístění tohoto proteinu není známo. Existuje hypotéza, že tento protein nahrazuje nějakou podmnožinu subed. E2 v kravském PDH.
Komunikace s mikroorganismy
Uvažovaný komplex je vlastní některým typům anaerobních bakterií. Počet bakteriálních organismů, které mají ve své struktuře PDH, je však malý. Funkce vykonávané komplexem v bakteriích jsou zpravidla redukovány na obecné procesy. Například úlohou komplexu pyruvátdehydrogenázy v bakterii Zymonomonas mobilis je alkoholové kvašení. K těmto účelům budou využity pyruvátové bakterie v množství až 98 %. Zbývajících pár procent se oxiduje na oxid uhličitý, nikotinamid adenindinukleotid, acetyl-CoA atd. Zajímavá je struktura komplexu pyruvátdehydrogenázy u Zymomonas mobilis. Tento mikroorganismus má čtyři enzymy: E1alfa, E1beta, E2 a E 3. PDH této bakterie obsahuje lipoylovou doménu v E1beta, díky čemuž je jedinečná. Jádrem komplexu je E2 a organizace samotného komplexu má podobu pětiúhelníkového dvanáctistěnu. Zymomonas mobilis nemá celou řadu enzymů cyklu trikarboxylových kyselin, a proto se jeho PDH podílí pouze na anabolických funkcích.
PDH u muže
Člověk, stejně jako ostatní živé organismy,má geny kódující PDH. Gen E1alfa – PDHA 1 je lokalizován na chromozomu X. k deficitu PDH. Příznaky onemocnění se mohou značně lišit od mírných problémů s laktátovou acidózou až po letální malformace ve vývoji těla. Muži, jejichž chromozom X obsahuje podobnou alelu, brzy zemřou ve velmi mladém věku. Ženy jsou také postiženy touto chorobou, ale v menší míře, a samotným problémem je inaktivace kteréhokoli chromozomu X.
Problémy s mutacemi
E1beta - PDHB - se nachází na třetím chromozomu. Pro tento gen jsou známy pouze dvě alely mutantního typu, které, pokud jsou v homozygotní pozici, vedou k letálnímu výsledku po celý rok, což je spojeno s malformacemi.
Pravděpodobně existují další podobné alely, které mohou způsobit smrt před úplným rozvojem organismu. E2 - DLAT - soustředěný na jedenáctý chromozom. Lidstvo ví o dvou alelách tohoto genu, které v budoucnu způsobí problémy, ale správná strava to může kompenzovat. Existuje vysoká šance, že plod zemře uvnitř dělohy kvůli jiným mutacím v tomto genu. E3 - dld - se nachází na sedmém chromozomu a zahrnuje velké množství alel. Dostvelké procento z nich vede k výskytu chorob genetické povahy, které budou spojeny s porušením metabolismu aminokyselin.
Závěr
Zvažovali jsme, jak důležitý je komplex pyruvátdehydrogenázy pro živé organismy. Reakce v něm probíhající jsou primárně zaměřeny na dekarboxylaci pyruvátu oxidací a samotné PDH je vysoce specializované, ale za jiných podmínek může z určitých důvodů plnit i funkce jiné povahy, například se podílet na fermentaci. Také jsme zjistili, že komplexy proteinového typu, které se účastní oxidace pyruvátu, se skládají z pěti enzymů, které zůstávají funkční pouze v přítomnosti pěti kofaktorů. Jakékoli změny v algoritmu složitého mechanismu dekarboxylace mohou způsobit vážné patologické stavy a dokonce vést ke smrti jedince.
