Bu yazımızda piruvat dehidrogenaz kompleksinin ne olduğunu ve sürecin biyokimyasını erişilebilir bir şekilde açıklamaya, enzimlerin ve koenzimlerin bileşimini ortaya çıkarmaya, bu kompleksin doğadaki rolünü ve önemini göstermeye çalışacağız. ve insan hayatı. Ek olarak, kompleksin işlevsel amacının ihlal edilmesinin olası sonuçları ve tezahür etme zamanları dikkate alınacaktır.
Konsepte giriş
Piruvat dehidrojenaz kompleksi (PDH), rolü dekarboksilasyon sonucunda piruvatın oksidasyonunu gerçekleştirmek olan protein tipi bir komplekstir. Bu kompleks, yardımcı fonksiyonların uygulanması için gerekli olan iki proteinin yanı sıra 3 enzim içerir. Piruvat dehidrojenaz kompleksinin işlev görmesi için belirli kofaktörlerin mevcut olması gerekir. Bunlardan beşi vardır: CoA, nikotinamid adenin dinükleotidi, flavin adenin dinükleotidi, tiamin pirofosfat ve lipoat.
PDH'nin bakteriyel organizmalarda lokalizasyonu sitoplazmada yoğunlaşır, ökaryotik hücreler onu depolarmitokondri üzerindeki matriste.
Piruvat dekarboksilasyonu ile ilişkili
Piruvat dehidrojenaz kompleksinin önemi, piruvatın oksidasyon reaksiyonunda yatmaktadır. Bu sürecin özünü düşünün.
Dekarboksilasyonun etkisi altında piruvat oksidasyonunun mekanizması, CO2 molekülünün tekil olarak bölünmesinin meydana geldiği ve daha sonra bunun gerçekleştiği biyokimyasal nitelikte bir süreçtir. molekül piruvata eklenir, dekarboksilasyona tabi tutulur ve koenzim A'ya (CoA) aittir. Asetil-KoA bu şekilde oluşturulur. Bu fenomen, glikoliz süreçleri ile trikarboksilik asit döngüsü arasında bir ara yer kaplar. Piruvat dikarboksilasyon işlemi, daha önce belirtildiği gibi üç enzim ve iki yardımcı protein içeren karmaşık bir MPC'nin katılımıyla gerçekleştirilir.
Koenzimlerin rolü
Piruvat dehidrogenaz kompleksi için enzimler çok önemli bir rol oynar. Bununla birlikte, çalışmalarına yalnızca yukarıda listelenen prostetik tipteki beş koenzim veya grubun varlığında başlayabilirler. Sürecin kendisi sonunda asil grubunun CoA-asetile dahil edileceği gerçeğine yol açacaktır. Koenzimlerden bahsetmişken, dördünün vitamin türevlerine ait olduğunu bilmelisiniz: tiamin, riboflavin, niasin ve pantotenik asit.
Flavina adenin dinükleotidi ve nikotinamid adenin dinükleotidi elektron transferinde rol oynar ve birçok kişi tarafından bilinen tiamin pirofosfatpiruvat dekarboksilik koenzim, fermantasyon reaksiyonlarına girer.
Tiyol grubunun aktivasyonu
Asetilasyon koenzim (A) - çok aktif olan bir tiyol tipi grup (-SH) içerir, CoA'nın asil grubunu tiyol'e aktarabilen ve oluşturabilen bir madde olarak işlev görmesi kritik ve gereklidir. tiyoeter. Tiyollerin esterleri (tiyoeterler) oldukça yüksek bir serbest doğa hidroliz enerjisi oranına sahiptir, bu nedenle bir asil grubunu çeşitli alıcı moleküllere aktarmak için yüksek bir potansiyele sahiptirler. Bu nedenle asetil CoA periyodik olarak aktive CH3COOH olarak adlandırılır.
Elektron transferi
Vitamin türevleri olan dört kofaktöre ek olarak, piruvat dehidrojenaz kompleksinin lipoat adı verilen 5. bir kofaktörü vardır. Tersinir oksidasyona uğrayabilen 2 tiyol tipi gruba sahiptir ve bu, proteinlerdeki amino asitler ve sistein kalıntıları arasında bu işlemin nasıl ilerlediğine benzer bir disülfid bağı (-S-S-) oluşumu ile sonuçlanır. Oksitlenme ve geri kazanma yeteneği, lipoata sadece asil grubunun değil, aynı zamanda elektronların da taşıyıcısı olma yeteneği verir.
Enzimatik kit
Enzimlerden piruvat dehidrojenaz kompleksi üç ana bileşen içerir. İlk enzim piruvat dehidrosenazdır (E1). İkinci enzim isedihidrolipoil dehidrojenaz (E3). Üçüncüsü dihidrolipoiltransasetilazdır (E2). Piruvat dehidrojenaz kompleksi, bu enzimleri içerir ve onları çok sayıda kopya halinde saklar. Her enzimin kopya sayısı farklı olabilir ve bu nedenle kompleksin boyutu büyük ölçüde değişebilir. Memelilerdeki PDH kompleksinin çapı yaklaşık 50 nanometredir. Bu ribozomun çapından 5-6 kat daha büyüktür. Bu tür kompleksler çok büyüktür, bu nedenle elektron mikroskobunda ayırt edilebilirler.
Gram-pozitif basil stearothermophilus bakterisinin PDH'sinde altmış özdeş dihidrolipoil transasetilaz kopyası vardır ve bu da yaklaşık 25 nanometre çapında beşgen tipte bir dodekahedron oluşturur. Gram pozitif Escherichia coli bakterisi, E2, cat'in yirmi dört kopyasını içerir. lipoatın prostetik grubunu kendisine bağlar ve E2'da bulunan lizin kalıntısının amino grubuyla amid tipi bir bağ kurar.
Dihidrolipoiltransasetilaz, fonksiyonel farklılıkları olan 3 alanın etkileşimi ile oluşturulur. Bunlar: bir lizin kalıntısı içeren ve bir lipoat ile bağlantılı bir amino terminal lipoil alanı; bağlama alanı (merkezi E1- ve E3-); aktif tip asiltransferaz merkezlerini içeren dahili asiltransferaz alanı.
Maya piruvat dehidrojenaz kompleksinin yalnızca bir lipoil tipi alanı vardır, memelilerde bu tür iki alan ve Escherichia coli bakterisinin üç alanı vardır. olan amino asitlerin bağlayıcı dizisiyirmi ila otuz amino asit kalıntısı E2 paylaşır, alanin ve prolin kalıntıları ise yüklü amino asit kalıntıları ile serpiştirilir. Bu bağlayıcılar çoğunlukla genişletilmiş şekillere sahiptir. Bu özellik, 3 alanı paylaşmalarını etkiler.
Köken İlişkisi
E1 , aktif merkezi ile TTP ile bir bağlantı kurar ve aktif merkez E3, FAD ile bir bağlantı kurar. İnsan vücudu, dört alt birimden oluşan bir tetramer formunda E1 enzimini içerir: iki E1alpha ve iki E 1 beta. Düzenleyici proteinler, protein kinaz ve fosfoprotein fosfataz şeklinde sunulur. Bu tür bir yapı (E1- E2- E 3) evrimsel öğretimde muhafazakarlığın bir unsuru olmaya devam etmektedir. Benzer bir yapıya ve yapıya sahip kompleksler, standart olanlardan farklı olan çeşitli reaksiyonlara katılabilir, örneğin, a-ketoglutarat Krebs döngüsü sırasında oksitlendiğinde, katabolik kullanım nedeniyle oluşan a-keto asit de oksitlenir. dallı tip amino asitler: valin, lösin ve izolösin.
Piruvat dehidrogenaz kompleksi, diğer komplekslerde de bulunan E3 enzimine sahiptir. Protein yapısının, kofaktörlerinin ve reaksiyon mekanizmalarının benzerliği ortak bir kökene işaret etmektedir. Lipoat, lizin E2'ye bağlanır ve aktif merkez E1'den diğer tarafa hareket edebilen bir tür "el" yaratılır. aktif merkezler E 2 veYaklaşık 5 nm olan E3.
Piruvat dehidrojenaz kompleksindeki ökaryotlar, E3BP'nin on iki alt birimini içerir (E3 – katalitik olmayan bir bağlayıcı protein). Bu proteinin tam yeri bilinmemektedir. Bu proteinin bazı subed alt kümelerinin yerini aldığına dair bir hipotez var. İnek PDH'sinde E2.
Mikroorganizmalarla iletişim
Değerlendirilen kompleks, bazı anaerobik bakteri türlerinin doğasında vardır. Ancak yapısında PDH bulunan bakteriyel organizmaların sayısı azdır. Kompleksin bakterilerde gerçekleştirdiği işlevler, kural olarak, genel işlemlere indirgenir. Örneğin, Zymonomonas mobilis bakterisindeki piruvat dehidrojenaz kompleksinin rolü alkolik fermantasyondur. Bu amaçlar için %98'e varan miktarda piruvat bakterisi kullanılacaktır. Kalan birkaç yüzde karbondioksit, nikotinamid adenin dinükleotit, asetil-CoA, vb.'ye oksitlenir. Zymomonas mobilis'teki piruvat dehidrojenaz kompleksinin yapısı ilginçtir. Bu mikroorganizmanın dört enzimi vardır: E1alpha, E1beta, E2 ve E 3. Bu bakterinin PDH'si, onu benzersiz kılan E1beta içinde bir lipoil alanı içerir. Kompleksin özü E2'dir ve kompleksin organizasyonu beşgen bir dodekahedron şeklini alır. Zymomonas mobilis, trikarboksilik asit döngüsünün bir dizi enzimine sahip değildir ve bu nedenle, PDH'si yalnızca anabolik işlevlerde devreye girer.
İnsandaki PDH
İnsan, diğer canlı organizmalar gibi,PDH'yi kodlayan genlere sahiptir. E1alpha – PDHA 1 geni, X kromozomu üzerinde PDH eksikliğine lokalizedir. Hastalığın semptomları, hafif laktik asidoz sorunlarından vücudun gelişimindeki ölümcül malformasyonlara kadar büyük ölçüde değişebilir. X kromozomu benzer bir alel içeren erkekler yakında çok genç yaşta öleceklerdir. Kadın bireyler de bu hastalıktan etkilenir, ancak daha az ölçüde ve sorunun kendisi herhangi bir X kromozomunun inaktivasyonudur.
Mutasyon sorunları
E1beta - PDHB - üçüncü kromozomda bulunur. Bu gen için, homozigot bir konumda olmak, yıl boyunca malformasyonlarla ilişkili ölümcül bir sonuca yol açan mutant tipte sadece iki alel bilinmektedir.
Muhtemelen organizma tam gelişmeden ölüme neden olabilecek benzer aleller vardır. E2 - DLAT - on birinci kromozom üzerinde yoğunlaşmıştır. İnsanoğlu bu genin gelecekte sorun yaratacak iki alelini biliyor ama doğru beslenme bunu telafi edebilir. Bu gendeki diğer mutasyonlar nedeniyle fetüsün rahim içinde ölme olasılığı yüksektir. E3 - dld - yedinci kromozomda bulunur ve çok sayıda alel içerir. yeterlikbunların büyük bir yüzdesi, amino asit metabolizmasının ihlali ile ilişkilendirilecek olan genetik nitelikteki hastalıkların ortaya çıkmasına neden olur.
Sonuç
Piruvat dehidrogenaz kompleksinin canlı organizmalar için ne kadar önemli olduğunu düşündük. İçinde meydana gelen reaksiyonlar öncelikle piruvatın oksidasyon yoluyla dekarboksilasyonunu amaçlar ve PDH'nin kendisi oldukça uzmanlaşmıştır, ancak farklı koşullar altında, belirli nedenlerle, örneğin fermantasyona katılmak gibi farklı nitelikteki işlevleri de yerine getirebilir. Piruvat oksidasyonunda yer alan protein tipi komplekslerin, yalnızca beş kofaktör varlığında işlevsel kalan beş enzimden oluştuğunu da bulduk. Dekarboksilasyonun karmaşık mekanizmasının algoritmasındaki herhangi bir değişiklik ciddi patolojilere ve hatta kişinin ölümüne yol açabilir.
