Σε αυτό το άρθρο θα προσπαθήσουμε να εξηγήσουμε με προσιτό τρόπο τι είναι το σύμπλεγμα πυροσταφυλικής αφυδρογονάσης και τη βιοχημεία της διαδικασίας, για να αποκαλύψουμε τη σύνθεση των ενζύμων και των συνενζύμων, για να υποδείξουμε τον ρόλο και τη σημασία αυτού του συμπλέγματος στη φύση και ανθρώπινη ζωή. Επιπλέον, θα ληφθούν υπόψη πιθανές συνέπειες παραβίασης του λειτουργικού σκοπού του συγκροτήματος και του χρόνου εκδήλωσής τους.
Εισαγωγή στην έννοια
Το σύμπλοκο πυροσταφυλικής αφυδρογονάσης (PDH) είναι ένα σύμπλοκο τύπου πρωτεΐνης του οποίου ο ρόλος είναι να πραγματοποιεί την οξείδωση του πυροσταφυλικού ως αποτέλεσμα της αποκαρβοξυλίωσης. Αυτό το σύμπλεγμα περιέχει 3 ένζυμα, καθώς και δύο πρωτεΐνες απαραίτητες για την υλοποίηση βοηθητικών λειτουργιών. Για να λειτουργήσει το σύμπλεγμα πυροσταφυλικής αφυδρογονάσης, πρέπει να υπάρχουν ορισμένοι συμπαράγοντες. Υπάρχουν πέντε από αυτά: CoA, δινουκλεοτίδιο νικοτιναμίδης αδενίνης, δινουκλεοτίδιο αδενίνης φλαβίνης, πυροφωσφορική θειαμίνη και λιποϊκό.
Ο εντοπισμός της PDH σε βακτηριακούς οργανισμούς συγκεντρώνεται στο κυτταρόπλασμα, τα ευκαρυωτικά κύτταρα το αποθηκεύουνστη μήτρα στα μιτοχόνδρια.
Συσχετίζεται με πυροσταφυλική αποκαρβοξυλίωση
Η σημασία του συμπλόκου πυροσταφυλικής αφυδρογονάσης έγκειται στην αντίδραση οξείδωσης του πυροσταφυλικού. Σκεφτείτε την ουσία αυτής της διαδικασίας.
Ο μηχανισμός της οξείδωσης του πυροσταφυλικού υπό την επίδραση της αποκαρβοξυλίωσης είναι μια διαδικασία βιοχημικής φύσης, κατά την οποία συμβαίνει η διάσπαση του μορίου CO2 στον ενικό αριθμό, και στη συνέχεια αυτό μόριο προστίθεται στο πυροσταφυλικό, υποβάλλεται σε αποκαρβοξυλίωση και ανήκει στο συνένζυμο Α (CoA). Έτσι δημιουργείται το ακετυλο-KoA. Αυτό το φαινόμενο καταλαμβάνει μια ενδιάμεση θέση μεταξύ των διεργασιών της γλυκόλυσης και του κύκλου του τρικαρβοξυλικού οξέος. Η διαδικασία της δικαρβοξυλίωσης του πυροσταφυλικού άλατος πραγματοποιείται με τη συμμετοχή ενός συμπλόκου MPC, το οποίο, όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, περιλαμβάνει τρία ένζυμα και δύο βοηθητικές πρωτεΐνες.
Ο ρόλος των συνενζύμων
Για το σύμπλεγμα πυροσταφυλικής αφυδρογονάσης, τα ένζυμα παίζουν κρίσιμο ρόλο. Ωστόσο, μπορούν να ξεκινήσουν την εργασία τους μόνο με την παρουσία πέντε συνενζύμων ή ομάδων του προσθετικού τύπου που αναφέρθηκαν παραπάνω. Η ίδια η διαδικασία θα οδηγήσει τελικά στο γεγονός ότι η ομάδα ακυλίου θα συμπεριληφθεί στο CoA-ακετύλιο. Μιλώντας για συνένζυμα, πρέπει να γνωρίζετε ότι τέσσερα από αυτά ανήκουν σε παράγωγα βιταμινών: θειαμίνη, ριβοφλαβίνη, νιασίνη και παντοθενικό οξύ.
Το δινουκλεοτίδιο αδενίνης φλαβίνα και το δινουκλεοτίδιο αδενίνης νικοτιναμίδης εμπλέκονται στη μεταφορά ηλεκτρονίων και η πυροφωσφορική θειαμίνη, γνωστή σε πολλούς ωςπυροσταφυλικό αποκαρβοξυλικό συνένζυμο, εισέρχεται σε αντιδράσεις ζύμωσης.
Ενεργοποίηση της ομάδας θειόλης
Συνένζυμο ακετυλίωσης (A) - περιέχει μια ομάδα τύπου θειόλης (-SH), η οποία είναι πολύ δραστική, είναι κρίσιμο και απαραίτητο για το CoA να λειτουργεί ως ουσία που μπορεί να μεταφέρει την ομάδα ακυλίου στη θειόλη και να σχηματίσει θειοαιθέρας. Οι εστέρες θειολών (θειοαιθέρες) έχουν αρκετά υψηλό ρυθμό ενέργειας υδρόλυσης ελεύθερης φύσης, επομένως έχουν υψηλή δυνατότητα μεταφοράς μιας ακυλικής ομάδας σε μια ποικιλία μορίων δέκτη. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο το ακετυλικό CoA ονομάζεται περιοδικά ενεργοποιημένο CH3COOH.
Μεταφορά ηλεκτρονίων
Εκτός από τους τέσσερις συμπαράγοντες που είναι παράγωγα βιταμινών, υπάρχει ένας 5ος συμπαράγοντας του συμπλέγματος πυροσταφυλικής αφυδρογονάσης, που ονομάζεται λιποϊκό. Έχει 2 ομάδες τύπου θειόλης που μπορούν να υποστούν αναστρέψιμη οξείδωση, η οποία οδηγεί στο σχηματισμό ενός δισουλφιδικού δεσμού (-S-S-), ο οποίος είναι παρόμοιος με τον τρόπο με τον οποίο προχωρά αυτή η διαδικασία μεταξύ αμινοξέων και υπολειμμάτων κυστεΐνης στις πρωτεΐνες. Η ικανότητα οξείδωσης και ανάκτησης δίνει στο λιποϊκό την ικανότητα να είναι φορέας όχι μόνο της ακυλικής ομάδας, αλλά και των ηλεκτρονίων.
Ενζυματικό κιτ
Από τα ένζυμα, το σύμπλοκο πυροσταφυλικής αφυδρογονάσης περιλαμβάνει τρία κύρια συστατικά. Το πρώτο ένζυμο είναι η πυροσταφυλική αφυδροσενάση (E1). Το δεύτερο ένζυμο είναιδιυδρολιποϋλ αφυδρογονάση (E3). Το τρίτο είναι η διυδρολιποϋλοτρανσακετυλάση (E2). Το σύμπλοκο πυροσταφυλικής αφυδρογονάσης περιλαμβάνει αυτά τα ένζυμα, αποθηκεύοντάς τα σε μεγάλο αριθμό αντιγράφων. Ο αριθμός των αντιγράφων κάθε ενζύμου μπορεί να είναι διαφορετικός και επομένως το μέγεθος του συμπλόκου μπορεί να ποικίλλει πολύ. Το σύμπλεγμα PDH στα θηλαστικά έχει διάμετρο περίπου 50 νανόμετρα. Αυτό είναι 5-6 φορές μεγαλύτερο από τη διάμετρο του ριβοσώματος. Τέτοια συμπλέγματα είναι πολύ μεγάλα, επομένως μπορούν να διακριθούν σε ένα ηλεκτρονικό μικροσκόπιο.
Το gram-θετικό βακτήριο stearothermophilus έχει εξήντα πανομοιότυπα αντίγραφα διυδρολιποϋλ τρανσακετυλάσης στο PDH του, τα οποία με τη σειρά τους δημιουργούν ένα πενταγωνικό δωδεκάεδρο με διάμετρο περίπου 25 νανόμετρα. Το θετικό κατά Gram βακτήριο Escherichia coli περιέχει είκοσι τέσσερα αντίγραφα του E2, cat. συνδέει την προσθετική ομάδα του λιποϊκού στον εαυτό του και δημιουργεί έναν δεσμό τύπου αμιδίου με την αμινομάδα του υπολείμματος λυσίνης που περιλαμβάνεται στο E2.
Η
Διυδρολιποϋλοτρανσακετυλάση δημιουργείται από την αλληλεπίδραση 3 περιοχών που έχουν λειτουργικές διαφορές. Αυτά είναι: μια αμινοτελική περιοχή λιποϋλίου που περιέχει ένα υπόλειμμα λυσίνης και σχετίζεται με ένα λιποϊκό. δεσμευτικός τομέας (κεντρικό E1- και E3-); εσωτερικός τομέας ακυλοτρανσφεράσης, ο οποίος περιλαμβάνει κέντρα ενεργού τύπου ακυλοτρανσφεράσης.
Το σύμπλεγμα αφυδρογονάσης πυροσταφυλικής ζύμης έχει μόνο μία περιοχή τύπου λιποϋλίου, τα θηλαστικά έχουν δύο τέτοιες περιοχές και το βακτήριο Escherichia coli έχει τρεις. Η συνδετική αλληλουχία των αμινοξέων που είναιαπό είκοσι έως τριάντα υπολείμματα αμινοξέων, μοιράζεται το E2, ενώ τα υπολείμματα αλανίνης και προλίνης είναι διάσπαρτα με υπολείμματα αμινοξέων που είναι φορτισμένα. Αυτοί οι συνδετήρες έχουν συνήθως εκτεταμένα σχήματα. Αυτή η δυνατότητα επηρεάζει το γεγονός ότι μοιράζονται 3 τομείς.
Σχέση προέλευσης
Το
E1 δημιουργεί μια σύνδεση με το TTP με το ενεργό κέντρο του και το ενεργό κέντρο E3 δημιουργεί μια σύνδεση με το FAD. Το ανθρώπινο σώμα περιέχει το ένζυμο E1 με τη μορφή τετραμερούς, το οποίο αποτελείται από τέσσερις υπομονάδες: δύο E1άλφα και δύο E 1 beta. Οι ρυθμιστικές πρωτεΐνες παρουσιάζονται με τη μορφή πρωτεϊνικής κινάσης και φωσφοπρωτεϊνικής φωσφατάσης. Αυτός ο τύπος δομής (E1- E2- E Το 3) παραμένει στοιχείο συντηρητισμού στην εξελικτική διδασκαλία. Τα σύμπλοκα με παρόμοια δομή και δομή μπορούν να συμμετέχουν σε μια ποικιλία αντιδράσεων που διαφέρουν από τις τυπικές, για παράδειγμα, όταν το α-κετογλουταρικό οξειδώνεται κατά τη διάρκεια του κύκλου του Krebs, οξειδώνεται επίσης το α-κετο οξύ, το οποίο σχηματίστηκε λόγω καταβολικής χρήσης αμινοξέων διακλαδισμένου τύπου: βαλίνη, λευκίνη και ισολευκίνη.
Το σύμπλοκο πυροσταφυλικής αφυδρογονάσης έχει το ένζυμο E3, το οποίο βρίσκεται επίσης σε άλλα σύμπλοκα. Η ομοιότητα της δομής των πρωτεϊνών, των συμπαραγόντων και επίσης των μηχανισμών αντίδρασης δείχνει μια κοινή προέλευση. Το λιποϊκό άλας συνδέεται με τη λυσίνη E2 και δημιουργείται ένα είδος «χεριού» που μπορεί να μετακινηθεί από το ενεργό κέντρο E1 στο ενεργά κέντρα E 2 καιE3, που είναι περίπου 5 nm.
Ευκαρυώτες στο σύμπλεγμα πυροσταφυλικής αφυδρογονάσης περιέχουν δώδεκα υπομονάδες E3BP (E3 - μια πρωτεΐνη δέσμευσης μη καταλυτικής φύσης). Η ακριβής θέση αυτής της πρωτεΐνης δεν είναι γνωστή. Υπάρχει μια υπόθεση ότι αυτή η πρωτεΐνη αντικαθιστά κάποιο υποσύνολο υποκατηγοριών. E2 σε PDH αγελάδας.
Επικοινωνία με μικροοργανισμούς
Το θεωρούμενο σύμπλεγμα είναι εγγενές σε ορισμένους τύπους αναερόβιων βακτηρίων. Ωστόσο, ο αριθμός των βακτηριακών οργανισμών που έχουν PDH στη δομή τους είναι μικρός. Οι λειτουργίες που εκτελεί το σύμπλεγμα στα βακτήρια, κατά κανόνα, μειώνονται σε γενικές διαδικασίες. Για παράδειγμα, ο ρόλος του συμπλόκου πυροσταφυλικής αφυδρογονάσης στο βακτήριο Zymonomonas mobilis είναι η αλκοολική ζύμωση. Τα πυροσταφυλικά βακτήρια σε ποσοστό έως και 98% θα χρησιμοποιηθούν για τέτοιους σκοπούς. Το υπόλοιπο λίγα τοις εκατό οξειδώνεται σε διοξείδιο του άνθρακα, δινουκλεοτίδιο νικοτιναμίδης αδενίνης, ακετυλο-CoA, κ.λπ. Η δομή του συμπλόκου πυροσταφυλικής αφυδρογονάσης στο Zymomonas mobilis είναι ενδιαφέρουσα. Αυτός ο μικροοργανισμός έχει τέσσερα ένζυμα: E1άλφα, E1βήτα, E2 και E 3. Η PDH αυτού του βακτηρίου περιέχει μια περιοχή λιποϋλίου εντός E1βήτα, γεγονός που το καθιστά μοναδικό. Ο πυρήνας του συμπλέγματος είναι E2, και η ίδια η οργάνωση του συμπλέγματος παίρνει τη μορφή ενός πενταγωνικού δωδεκάεδρου. Το Zymomonas mobilis δεν έχει μια ολόκληρη σειρά ενζύμων του κύκλου του τρικαρβοξυλικού οξέος, και επομένως η PDH του εμπλέκεται μόνο σε αναβολικές λειτουργίες.
PDH στον άνδρα
Ο άνθρωπος, όπως και άλλοι ζωντανοί οργανισμοί,έχει γονίδια που κωδικοποιούν την PDH. Το γονίδιο E1άλφα – PDHA 1 εντοπίζεται στο χρωμόσωμα Χ. σε ανεπάρκεια PDH. Τα συμπτώματα της νόσου μπορεί να ποικίλλουν πολύ από ήπια προβλήματα γαλακτικής οξέωσης έως θανατηφόρες δυσπλασίες στην ανάπτυξη του σώματος. Οι άνδρες των οποίων το χρωμόσωμα Χ περιλαμβάνει ένα παρόμοιο αλληλόμορφο θα πεθάνουν σύντομα σε πολύ νεαρή ηλικία. Τα θηλυκά άτομα επηρεάζονται επίσης από αυτή την ασθένεια, αλλά σε μικρότερο βαθμό, και το ίδιο το πρόβλημα είναι η αδρανοποίηση οποιουδήποτε χρωμοσώματος Χ.
Προβλήματα μεταλλάξεων
E1βήτα - PDHB - βρίσκεται στο τρίτο χρωμόσωμα. Μόνο δύο αλληλόμορφα του μεταλλαγμένου τύπου είναι γνωστά για αυτό το γονίδιο, τα οποία, όντας σε ομόζυγη θέση, οδηγούν σε θανατηφόρο αποτέλεσμα καθ' όλη τη διάρκεια του έτους, το οποίο σχετίζεται με δυσπλασίες.
Πιθανώς υπάρχουν άλλα παρόμοια αλληλόμορφα που μπορούν να προκαλέσουν θάνατο πριν από την πλήρη ανάπτυξη του οργανισμού. E2 - DLAT - συγκεντρώθηκε στο ενδέκατο χρωμόσωμα. Η ανθρωπότητα γνωρίζει για δύο αλληλόμορφα αυτού του γονιδίου που θα δημιουργήσουν προβλήματα στο μέλλον, αλλά η σωστή διατροφή μπορεί να το αντισταθμίσει. Υπάρχει μεγάλη πιθανότητα το έμβρυο να πεθάνει μέσα στη μήτρα λόγω άλλων μεταλλάξεων σε αυτό το γονίδιο. E3 - δλδ - βρίσκεται στο έβδομο χρωμόσωμα και περιλαμβάνει μεγάλο αριθμό αλληλόμορφων. Αρκετάένα μεγάλο ποσοστό από αυτά οδηγεί στην εμφάνιση ασθενειών γενετικής φύσης, οι οποίες θα σχετίζονται με παραβίαση του μεταβολισμού των αμινοξέων.
Συμπέρασμα
Έχουμε εξετάσει πόσο σημαντικό είναι το σύμπλεγμα πυροσταφυλικής αφυδρογονάσης για τους ζωντανούς οργανισμούς. Οι αντιδράσεις που συμβαίνουν σε αυτό στοχεύουν κυρίως στην αποκαρβοξυλίωση του πυροσταφυλικού με οξείδωση και η ίδια η PDH είναι εξαιρετικά εξειδικευμένη, αλλά υπό διαφορετικές συνθήκες, με ορισμένους λόγους, μπορεί επίσης να εκτελέσει λειτουργίες διαφορετικής φύσης, για παράδειγμα, να συμμετάσχει στη ζύμωση. Βρήκαμε επίσης ότι τα σύμπλοκα τύπου πρωτεΐνης που εμπλέκονται στην οξείδωση του πυροσταφυλικού αποτελούνται από πέντε ένζυμα που παραμένουν λειτουργικά μόνο με την παρουσία πέντε συμπαραγόντων. Οποιεσδήποτε αλλαγές στον αλγόριθμο του πολύπλοκου μηχανισμού της αποκαρβοξυλίωσης μπορεί να προκαλέσουν σοβαρές παθολογίες και ακόμη και να οδηγήσουν στο θάνατο του ατόμου.
