Bu yazıda piruvatdehidrogenaza kompleksinin nə olduğunu və prosesin biokimyasını əlçatan şəkildə izah etməyə, fermentlərin və kofermentlərin tərkibini aşkar etməyə, bu kompleksin təbiətdəki rolunu və əhəmiyyətini göstərməyə çalışacağıq. və insan həyatı. Bundan əlavə, kompleksin funksional təyinatının pozulmasının mümkün nəticələri və onların təzahür vaxtı nəzərdən keçiriləcək.
Konseptə giriş
Piruvatdehidrogenaza kompleksi (PDH) zülal tipli kompleksdir, onun rolu dekarboksilləşmə nəticəsində piruvatın oksidləşməsini həyata keçirməkdir. Bu kompleksdə 3 ferment, həmçinin köməkçi funksiyaların həyata keçirilməsi üçün zəruri olan iki zülal var. Piruvat dehidrogenaz kompleksinin işləməsi üçün müəyyən kofaktorlar mövcud olmalıdır. Bunlardan beşi var: KoA, nikotinamid adenin dinukleotidi, flavin adenin dinukleotidi, tiamin pirofosfat və lipoat.
Bakterial orqanizmlərdə PDH-nin lokalizasiyası sitoplazmada cəmləşir, eukaryotik hüceyrələr onu saxlayır.mitoxondriyadakı matrisdə.
Piruvat dekarboksilləşməsi ilə əlaqəli
Piruvatdehidrogenaz kompleksinin əhəmiyyəti piruvatın oksidləşmə reaksiyasındadır. Bu prosesin mahiyyətini nəzərdən keçirin.
Dekarboksilləşmənin təsiri altında piruvat oksidləşmə mexanizmi biokimyəvi xarakterli bir prosesdir, burada CO2 molekulunun sinqulyarda parçalanması baş verir və sonra bu molekul piruvata əlavə olunur, dekarboksilləşməyə məruz qalır və A koenziminə (CoA) aiddir. Asetil-KoA belə yaranır. Bu fenomen qlikoliz prosesləri ilə trikarboksilik turşu dövrü arasında aralıq yeri tutur. Piruvat dikarboksilləşməsi prosesi, əvvəllər qeyd edildiyi kimi, üç ferment və iki köməkçi zülaldan ibarət kompleks MPC-nin iştirakı ilə həyata keçirilir.
Kofermentlərin rolu
Piruvatdehidrogenaz kompleksi üçün fermentlər həlledici rol oynayır. Bununla belə, onlar öz işlərinə yalnız yuxarıda sadalanan beş koenzim və ya protez tipli qrupların iştirakı ilə başlaya bilərlər. Prosesin özü nəticədə asil qrupunun CoA-asetilin tərkibinə daxil olacağına gətirib çıxaracaq. Koenzimlərdən danışarkən, onlardan dördünün vitamin törəmələrinə aid olduğunu bilməlisiniz: tiamin, riboflavin, niasin və pantotenik turşu.
Flavina adenin dinukleotidi və nikotinamid adenin dinukleotidi elektron ötürülməsində iştirak edir və bir çoxları tərəfindən tanınan tiamin pirofosfatpiruvat dekarboksilik koenzim, fermentasiya reaksiyalarına daxil olur.
Tiol qrupunun aktivləşdirilməsi
Asetilasiya koenzimi (A) - çox aktiv olan tiol tipli bir qrup (-SH) ehtiva edir, CoA-nın asil qrupunu tiola ötürə və əmələ gətirə bilən bir maddə kimi fəaliyyət göstərməsi üçün kritik və zəruridir. tioeter. Tiolların efirləri (tioefirlər) sərbəst təbiətin kifayət qədər yüksək hidroliz enerjisinə malikdirlər, buna görə də onlar asil qrupunu müxtəlif qəbuledici molekullara ötürmək üçün yüksək potensiala malikdirlər. Buna görə də asetil KoA vaxtaşırı aktivləşdirilmiş CH3COOH adlanır.
Elektron transferi
Vitaminlərin törəmələri olan dörd kofaktora əlavə olaraq, piruvat dehidrogenaz kompleksinin lipoat adlanan 5-ci kofaktoru var. Geri çevrilə bilən oksidləşməyə məruz qala bilən 2 tiol tipli qrupa malikdir, bu da disulfid bağının (-S-S-) əmələ gəlməsi ilə nəticələnir, bu prosesin zülallardakı amin turşuları və sistein qalıqları arasında necə getdiyinə bənzəyir. Oksidləşmə və bərpa qabiliyyəti lipoata təkcə asil qrupunun deyil, həm də elektronların daşıyıcısı olmaq qabiliyyətini verir.
Enzimatik dəst
Fermentlərdən piruvatdehidrogenaza kompleksi üç əsas komponentdən ibarətdir. Birinci ferment piruvat dehidrozazdır (E1). İkinci fermentdirdihidrolipoil dehidrogenaz (E3). Üçüncüsü dihidrolipoiltransasetilazdır (E2). Piruvat dehidrogenaz kompleksinə bu fermentlər daxildir və onları çoxlu sayda nüsxədə saxlayır. Hər bir fermentin nüsxələrinin sayı fərqli ola bilər və buna görə də kompleksin ölçüsü çox fərqli ola bilər. Məməlilərdəki PDH kompleksinin diametri təxminən 50 nanometrdir. Bu, ribosomun diametrindən 5-6 dəfə böyükdür. Belə komplekslər çox böyükdür, ona görə də onları elektron mikroskopda ayırd etmək olar.
Qram-müsbət bacillus stearothermophilus bakteriyasının PDH-də altmış eyni dihidrolipoil transasetilaz nüsxəsi var ki, bu da öz növbəsində diametri təxminən 25 nanometr olan beşbucaqlı tipli dodekaedr yaradır. Qram-müsbət bakteriya Escherichia coli E2, pişikin iyirmi dörd nüsxəsini ehtiva edir. lipoatın protez qrupunu özünə bağlayır və E2-ə daxil olan lizin qalığının amin qrupu ilə amid tipli bağ yaradır.
Dihidrolipoiltransasetilaz funksional fərqləri olan 3 domenin qarşılıqlı təsiri ilə qurulur. Bunlar: tərkibində lizin qalığı olan və lipoat ilə əlaqəli aminoterminal lipoil domeni; məcburi domen (mərkəzi E1- və E3-); aktiv tipli asiltransferaza mərkəzlərini ehtiva edən daxili asiltransferaza domeni.
Maya piruvatdehidrogenaza kompleksinin yalnız bir lipoil tipli domen, məməlilərdə iki belə domen, Escherichia coli bakteriyasında isə üç sahə var. olan amin turşularının bağlayıcı ardıcıllığıiyirmi otuz amin turşusu qalıqları, səhmlər E2, alanin və prolin qalıqları isə yüklü olan amin turşusu qalıqları ilə kəsişib. Bu bağlayıcılar çox vaxt uzadılmış formalara malikdir. Bu xüsusiyyət onların 3 domeni paylaşmasına təsir edir.
Mənşə Əlaqəsi
E1 aktiv mərkəzi ilə TTP ilə əlaqə qurur və aktiv mərkəz E3 FAD ilə əlaqə qurur. İnsan orqanizmində tetramer şəklində E1 fermenti var, o, dörd alt bölmədən ibarətdir: iki E1alfa və iki E 1 beta. Tənzimləyici zülallar protein kinaz və fosfoprotein fosfataza şəklində təqdim olunur. Bu tip struktur (E1- E2- E 3) təkamül təlimində mühafizəkarlığın elementi olaraq qalır. Bənzər bir quruluşa və quruluşa malik komplekslər standartlardan fərqli olan müxtəlif reaksiyalarda iştirak edə bilər, məsələn, Krebs dövrü zamanı α-ketoglutarat oksidləşdikdə, katabolik istifadə nəticəsində əmələ gələn α-keto turşusu da oksidləşir. dallı tipli amin turşuları: valin, leysin və izolösin.
Piruvatdehidrogenaza kompleksi E3 fermentinə malikdir, digər komplekslərdə də rast gəlinir. Protein quruluşunun, kofaktorların və həmçinin reaksiya mexanizmlərinin oxşarlığı ümumi mənşəyi göstərir. Lipoat E2 lizinə bağlanır və aktiv mərkəzdən E1-ə keçə bilən bir növ "əl" yaradılır. aktiv mərkəzlər E 2 vəE3, bu təxminən 5 nm-dir.
Piruvatdehidrogenaza kompleksindəki eukariotlarda E3BP-nin on iki alt bölməsi var (E3 – katalitik olmayan təbiət bağlayıcı zülal). Bu proteinin dəqiq yeri məlum deyil. Bu zülalın bəzi alt dəstələri əvəz etdiyinə dair bir fərziyyə var. E2 inək PDH-də.
Mikroorqanizmlərlə əlaqə
Baxılan kompleks anaerob bakteriyaların bəzi növlərinə xasdır. Bununla belə, strukturunda PDH olan bakterial orqanizmlərin sayı azdır. Bakteriyalarda kompleksin yerinə yetirdiyi funksiyalar, bir qayda olaraq, ümumi proseslərə endirilir. Məsələn, Zymonomonas mobilis bakteriyasında piruvat dehidrogenaz kompleksinin rolu spirtli fermentasiyadır. Bu məqsədlər üçün 98% -ə qədər miqdarda piruvat bakteriyaları istifadə ediləcək. Qalan bir neçə faiz karbon qazına, nikotinamid adenin dinukleotidinə, asetil-KoA və s.-ə qədər oksidləşir. Zymomonas mobilisdə piruvat dehidrogenaz kompleksinin quruluşu maraqlıdır. Bu mikroorqanizmin dörd fermenti var: E1alpha, E1beta, E2 və E 3. Bu bakteriyanın PDH tərkibində E1beta daxilində lipoil domeni var ki, bu da onu unikal edir. Kompleksin əsasını E2 təşkil edir və kompleksin təşkili özü beşbucaqlı dodekaedr formasını alır. Zymomonas mobilis trikarboksilik turşu dövrünün bir sıra fermentlərinə malik deyil və buna görə də onun PDH yalnız anabolik funksiyalarla məşğuldur.
PDH insanda
İnsan, digər canlı orqanizmlər kimi,PDH kodlayan genlərə malikdir. E1alpha – PDHA 1 geni X xromosomunda lokallaşdırılmışdır. PDH çatışmazlığı. Xəstəliyin simptomları yüngül laktik asidoz problemlərindən bədənin inkişafında ölümcül malformasiyalara qədər çox fərqli ola bilər. X xromosomunda oxşar alleli olan kişilər tezliklə çox gənc yaşda öləcəklər. Qadın fərdləri də bu xəstəlikdən təsirlənir, lakin daha az dərəcədə və problemin özü hər hansı X xromosomunun inaktivasiyasıdır.
Mutasiya problemləri
E1beta - PDHB - üçüncü xromosomda yerləşir. Bu gen üçün mutant tipli yalnız iki allel məlumdur ki, onlar homozigot mövqedə olmaqla il boyu ölümcül nəticəyə gətirib çıxarır ki, bu da malformasiyalarla əlaqələndirilir.
Yəqin ki, orqanizm tam inkişaf etmədən ölümə səbəb ola biləcək başqa oxşar allellər də var. E2 - DLAT - on birinci xromosomda cəmləşmişdir. Bəşəriyyət bu genin gələcəkdə problem yaradacaq iki alleli haqqında bilir, lakin düzgün pəhriz bunu kompensasiya edə bilər. Bu genin digər mutasiyalarına görə dölün ana bətnində ölməsi ehtimalı yüksəkdir. E3 - dld - yeddinci xromosomda yerləşir və çoxlu sayda allelləri ehtiva edir. Yetəronların böyük bir faizi amin turşusu mübadiləsinin pozulması ilə bağlı olacaq genetik xarakterli xəstəliklərin yaranmasına gətirib çıxarır.
Nəticə
Piruvatdehidrogenaza kompleksinin canlı orqanizmlər üçün nə qədər vacib olduğunu nəzərdən keçirdik. Onda baş verən reaksiyalar, ilk növbədə, oksidləşmə yolu ilə piruvatın dekarboksilləşməsinə yönəldilmişdir və PDH özü yüksək dərəcədə ixtisaslaşmışdır, lakin müxtəlif şərtlərdə, müəyyən səbəblərlə, o, həmçinin fərqli bir təbiət funksiyalarını yerinə yetirə bilər, məsələn, fermentasiyada iştirak edir. Biz həmçinin aşkar etdik ki, piruvat oksidləşməsində iştirak edən zülal tipli komplekslər yalnız beş kofaktorun iştirakı ilə funksional olaraq qalan beş fermentdən ibarətdir. Dekarboksilləşmənin mürəkkəb mexanizminin alqoritmindəki hər hansı dəyişiklik ciddi patologiyalara səbəb ola bilər və hətta insanın ölümünə səbəb ola bilər.
