Ushbu maqolada biz piruvatdehidrogenaza kompleksi nima ekanligini va jarayonning biokimyosini tushuntirishga, fermentlar va kofermentlarning tarkibini ochib berishga, ushbu kompleksning tabiatdagi roli va ahamiyatini ko'rsatishga harakat qilamiz. va inson hayoti. Bundan tashqari, kompleksning funktsional maqsadini buzishning mumkin bo'lgan oqibatlari va ularning namoyon bo'lish vaqti ko'rib chiqiladi.
Tseptsiyaga kirish
Piruvatdehidrogenaza kompleksi (PDH) oqsil turi kompleksi boʻlib, uning roli dekarboksillanish natijasida piruvatning oksidlanishini amalga oshirishdan iborat. Ushbu kompleksda 3 ta ferment, shuningdek, yordamchi funktsiyalarni amalga oshirish uchun zarur bo'lgan ikkita oqsil mavjud. Piruvatdehidrogenaza kompleksi ishlashi uchun ma'lum kofaktorlar mavjud bo'lishi kerak. Ulardan beshtasi bor: KoA, nikotinamid adenin dinukleotidi, flavin adenin dinukleotidi, tiamin pirofosfat va lipoat.
PDH bakterial organizmlarda lokalizatsiyasi sitoplazmada to'plangan, eukaryotik hujayralar uni saqlaydi.mitoxondriyadagi matritsada.
Piruvat dekarboksillanishi bilan bogʻliq
Piruvatdehidrogenaza kompleksining ahamiyati piruvatning oksidlanish reaksiyasidadir. Ushbu jarayonning mohiyatini ko'rib chiqing.
Dekarboksillanish ta'sirida piruvat oksidlanish mexanizmi biokimyoviy xususiyatga ega bo'lgan jarayon bo'lib, unda CO2 molekulasining singulyar bo'linishi sodir bo'ladi va keyin bu molekula piruvatga qo'shiladi, dekarboksillanishga uchraydi va koenzim A (CoA) ga tegishli. Asetil-KoA shunday hosil bo'ladi. Bu hodisa glikoliz jarayonlari va trikarboksilik kislota aylanishi o'rtasida oraliq joyni egallaydi. Piruvat dikarboksillanish jarayoni, avval aytib o'tilganidek, uchta ferment va ikkita yordamchi oqsilni o'z ichiga olgan murakkab MPC ishtirokida amalga oshiriladi.
Kofermentlarning roli
Piruvatdehidrogenaza kompleksi uchun fermentlar hal qiluvchi rol o'ynaydi. Biroq, ular o'z ishini faqat yuqorida sanab o'tilgan beshta koenzim yoki protez tipdagi guruhlar mavjud bo'lganda boshlashlari mumkin. Jarayonning o'zi oxir-oqibat atsil guruhining CoA-asetil tarkibiga kirishiga olib keladi. Kofermentlar haqida gapirganda, ularning to'rttasi vitamin hosilalariga tegishli ekanligini bilishingiz kerak: tiamin, riboflavin, niatsin va pantotenik kislota.
Flavina adenin dinukleotidi va nikotinamid adenin dinukleotidi elektron almashinuvida ishtirok etadi va ko'pchilik uchun ma'lum bo'lgan tiamin pirofosfat.piruvat dekarboksilik koenzim, fermentatsiya reaktsiyalariga kiradi.
Tiol guruhini faollashtirish
Asetillanish koenzimi (A) - juda faol bo'lgan tiol tipidagi guruhni (-SH) o'z ichiga oladi, u CoA ning atsil guruhini tiolga o'tkaza oladigan va hosil qiluvchi modda sifatida ishlashi uchun juda muhim va zarurdir. tiyoter. Tiollarning efirlari (tioeterlar) erkin tabiatli gidroliz energiyasining yuqori tezligiga ega, shuning uchun ular asil guruhini turli xil qabul qiluvchi molekulalarga o'tkazish uchun yuqori potentsialga ega. Shuning uchun atsetil KoA vaqti-vaqti bilan faollashtirilgan CH3COOH deb ataladi.
Elektron uzatish
Vitaminlarning hosilalari bo'lgan to'rtta kofaktorga qo'shimcha ravishda, lipoat deb ataladigan piruvat dehidrogenaza kompleksining 5-kofaktori mavjud. U teskari oksidlanishdan o'tishi mumkin bo'lgan 2 ta tiol tipidagi guruhga ega, buning natijasida disulfid bog'i (-S-S-) hosil bo'ladi, bu jarayon oqsillardagi aminokislotalar va sistein qoldiqlari o'rtasida qanday borishiga o'xshaydi. Oksidlanish va tiklanish qobiliyati lipoatga nafaqat asil guruhi, balki elektronlarning ham tashuvchisi bo'lish qobiliyatini beradi.
Enzimatik to'plam
Fermentlardan piruvatdehidrogenaza kompleksi uchta asosiy komponentni o'z ichiga oladi. Birinchi ferment piruvat dehidrozaz (E1). Ikkinchi ferment - budihidrolipoil dehidrogenaza (E3). Uchinchisi - dihidrolipoiltransatsetilaz (E2). Piruvat dehidrogenaza kompleksi ushbu fermentlarni o'z ichiga oladi va ularni juda ko'p nusxada saqlaydi. Har bir fermentning nusxalari soni har xil bo'lishi mumkin va shuning uchun kompleksning hajmi juda katta farq qilishi mumkin. Sutemizuvchilardagi PDH kompleksining diametri taxminan 50 nanometrga teng. Bu ribosoma diametridan 5-6 marta katta. Bunday komplekslar juda katta, shuning uchun ularni elektron mikroskopda farqlash mumkin.
Gram-musbat tayoqcha stearothermophilus bakteriyasi PDHda dihidrolipoil transatsetilazning oltmishta bir xil nusxasiga ega, bu esa oʻz navbatida diametri taxminan 25 nanometr boʻlgan beshburchak tipidagi dodekaedr hosil qiladi. Gram-musbat bakteriya Escherichia coli E2, mushukning yigirma to'rt nusxasini o'z ichiga oladi. lipoatning protez guruhini o'ziga biriktiradi va E2 ga kiritilgan lizin qoldig'ining amino guruhi bilan amid tipidagi bog'lanishni o'rnatadi.
Dihidrolipoiltransatsetilaz funktsional farqlarga ega bo'lgan 3 ta domenning o'zaro ta'siri natijasida yaratilgan. Bular: lizin qoldig'ini o'z ichiga olgan va lipoat bilan bog'langan aminoterminal lipoil domeni; majburiy domen (markaziy E1- va E3-); faol tipdagi atsiltransferaza markazlarini o'z ichiga olgan ichki atsiltransferaza domeni.
Achitqi piruvatdehidrogenaza kompleksi faqat bitta lipoil tipidagi domenga ega, sutemizuvchilarda ikkita shunday domen, Escherichia coli bakteriyasi esa uchta. Aminokislotalarning bog'lovchi ketma-ketligiyigirma o'ttiz aminokislotalar qoldiqlari, aktsiyalari E2, alanin va prolin qoldiqlari esa zaryadlangan amino kislotalar qoldiqlari bilan kesishadi. Ushbu bog'lovchilar ko'pincha kengaytirilgan shakllarga ega. Bu xususiyat ularning 3 ta domenni ulashishiga taʼsir qiladi.
Asl munosabatlari
E1 faol markazi bilan TTP bilan, E3 faol markazi esa FAD bilan aloqa o'rnatadi. Inson tanasida tetramer ko'rinishidagi E1 fermenti mavjud bo'lib, u to'rtta subbirlikdan iborat: ikkita E1alfa va ikkita E 1 beta. Tartibga soluvchi oqsillar protein kinaz va fosfoprotein fosfataza shaklida taqdim etiladi. Ushbu turdagi tuzilma (E1- E2- E 3) evolyutsion ta’limotda konservatizm elementi bo’lib qoladi. O'xshash tuzilish va tuzilishga ega bo'lgan komplekslar standart reaktsiyalardan farq qiladigan turli xil reaktsiyalarda ishtirok etishi mumkin, masalan, Krebs siklida a-ketoglutarat oksidlanganda, katabolik foydalanish natijasida hosil bo'lgan a-keto kislotasi ham oksidlanadi. tarvaqaylab ketgan aminokislotalar: valin, leysin va izolösin.
Piruvatdehidrogenaza kompleksida E3 fermenti mavjud boʻlib, u boshqa komplekslarda ham uchraydi. Protein tuzilishi, kofaktorlari va reaktsiya mexanizmlarining o'xshashligi umumiy kelib chiqishiga ishora qiladi. Lipoat E2 lizinga biriktiriladi va faol markazdan E1 ga oʻtishga qodir boʻlgan oʻziga xos “qoʻl” hosil boʻladi. faol markazlari E 2 vaE3, bu taxminan 5 nm.
Piruvatdehidrogenaza kompleksidagi eukariotlar E3BP ning o'n ikkita subunitini o'z ichiga oladi (E3 - katalitik bo'lmagan tabiatning bog'lovchi oqsili). Ushbu proteinning aniq joylashuvi ma'lum emas. Bu oqsil subedlarning ba'zi bir kichik to'plamini almashtiradi degan gipoteza mavjud. E2 sigirda PDH.
Mikroorganizmlar bilan aloqa
Ko'rib chiqilgan kompleks anaerob bakteriyalarning ayrim turlariga xosdir. Biroq, tarkibida PDH bo'lgan bakterial organizmlar soni kam. Bakteriyalarda kompleks tomonidan bajariladigan funktsiyalar, qoida tariqasida, umumiy jarayonlarga kamayadi. Masalan, Zymonomonas mobilis bakteriyasida piruvatdehidrogenaza kompleksining roli spirtli fermentatsiya hisoblanadi. Bunday maqsadlar uchun 98% gacha bo'lgan piruvat bakteriyalari sarflanadi. Qolgan bir necha foizi karbonat angidrid, nikotinamid adenin dinukleotid, atsetil-KoA va boshqalargacha oksidlanadi. Zymomonas mobilisdagi piruvatdehidrogenaza kompleksining tuzilishi qiziq. Ushbu mikroorganizmda to'rtta ferment mavjud: E1alfa, E1beta, E2 va E 3. Ushbu bakteriyaning PDH tarkibida E1beta tarkibida lipoil domen mavjud boʻlib, bu uni noyob qiladi. Kompleksning o'zagi E2 bo'lib, majmuaning tashkil etilishining o'zi beshburchakli dodekaedr shaklini oladi. Zymomonas mobilis trikarboksilik kislota siklining butun bir qator fermentlariga ega emas va shuning uchun uning PDH faqat anabolik funktsiyalar bilan shug'ullanadi.
PDH odamda
Odam, boshqa tirik organizmlar kabi,PDHni kodlovchi genlarga ega. E1alpha – PDHA 1 geni X xromosomasida PDH etishmovchiligiga lokalizatsiya qilingan. Kasallikning belgilari engil laktik atsidoz muammolaridan tananing rivojlanishidagi o'limga olib keladigan malformatsiyalarga qadar juda farq qilishi mumkin. X xromosomasi shunga o'xshash allelni o'z ichiga olgan erkaklar tez orada juda yoshligida vafot etadilar. Ayollar ham bu kasallikdan aziyat chekishadi, ammo muammoning o'zi X xromosomasining inaktivatsiyasidir.
Mutatsiyalar muammolari
E1beta - PDHB - uchinchi xromosomada joylashgan. Ushbu gen uchun faqat mutant tipdagi ikkita allel ma'lum bo'lib, ular homozigot holatida bo'lib, yil davomida o'limga olib keladi, bu malformatsiyalar bilan bog'liq.
Organizmning to'liq rivojlanishidan oldin o'limga olib kelishi mumkin bo'lgan boshqa shunga o'xshash allellar ham bor. E2 - DLAT - o'n birinchi xromosomada to'plangan. Insoniyat kelajakda muammolarni keltirib chiqaradigan ushbu genning ikkita alleli haqida biladi, ammo to'g'ri ovqatlanish buning o'rnini to'ldirishi mumkin. Ushbu gendagi boshqa mutatsiyalar tufayli homilaning bachadonda o'lishi ehtimoli yuqori. E3 - dld - yettinchi xromosomada joylashgan bo'lib, ko'p sonli allellarni o'z ichiga oladi. Yetarliularning katta foizi aminokislotalar almashinuvining buzilishi bilan bog'liq bo'lgan genetik tabiatdagi kasalliklarning paydo bo'lishiga olib keladi.
Xulosa
Piruvatdehidrogenaza kompleksi tirik organizmlar uchun qanchalik muhimligini ko'rib chiqdik. Unda sodir bo'ladigan reaktsiyalar, birinchi navbatda, piruvatning oksidlanish orqali dekarboksillanishiga qaratilgan va PDH o'zi juda ixtisoslashgan, ammo turli sharoitlarda, ma'lum sabablarga ko'ra, u boshqa tabiatdagi funktsiyalarni ham bajarishi mumkin, masalan, fermentatsiyada ishtirok etadi. Bundan tashqari, biz piruvat oksidlanishida ishtirok etadigan oqsil tipidagi komplekslar faqat beshta kofaktor ishtirokida funktsional bo'lib qoladigan besh fermentdan iborat ekanligini aniqladik. Dekarboksillanishning murakkab mexanizmi algoritmidagi har qanday o'zgarishlar jiddiy patologiyalarni keltirib chiqarishi va hatto odamning o'limiga olib kelishi mumkin.
