Бұл мақалада біз пируватдегидрогеназа кешенінің не екенін және процестің биохимиясын қолжетімді түрде түсіндіруге, ферменттер мен коферменттердің құрамын ашуға, бұл кешеннің табиғаттағы рөлі мен маңызын көрсетуге тырысамыз. және адам өмірі. Сонымен қатар, кешеннің функционалдық мақсатын бұзудың ықтимал салдары және олардың көріну уақыты қарастырылады.
Ұғымға кіріспе
Пируватдегидрогеназа кешені (PDH) - рөлі декарбоксилдену нәтижесінде пируваттың тотығуын жүзеге асыру болып табылатын ақуыз типті кешен. Бұл кешенде 3 фермент, сондай-ақ қосалқы функцияларды жүзеге асыру үшін қажетті екі ақуыз бар. Пируватдегидрогеназа кешені жұмыс істеуі үшін белгілі бір кофакторлар болуы керек. Олардың бесеуі бар: КоА, никотинамид адениндинуклеотиді, флавин адениндинуклеотиді, тиамин пирофосфаты және липоат.
Бактериялардағы PDH локализациясы цитоплазмада шоғырланған, эукариоттық жасушалар оны сақтайды.митохондриядағы матрицада.
Пируват декарбоксилденуімен байланысты
Пируватдегидрогеназа кешенінің маңызы пируваттың тотығу реакциясында жатыр. Бұл процестің мәнін қарастырыңыз.
Декарбоксилдену әсерінен пируват тотығу механизмі биохимиялық сипаттағы процесс, онда СО2 молекуласының сингулярлық бөлінуі жүреді, содан кейін бұл молекуласы пируватқа қосылады, декарбоксилденуден өтеді және кофермент А (КоА) жатады. Осылайша ацетил-КоА түзіледі. Бұл құбылыс гликолиз процестері мен үшкарбон қышқылының циклі арасында аралық орынды алады. Пируваттың дикарбоксилдену процесі, бұрын айтылғандай, үш фермент пен екі көмекші ақуызды қамтитын күрделі ШРК қатысуымен жүзеге асырылады.
Коферменттердің рөлі
Пироватдегидрогеназа кешені үшін ферменттер шешуші рөл атқарады. Дегенмен, олар жоғарыда аталған протездік типтегі бес кофермент немесе топ болған кезде ғана өз жұмысын бастай алады. Процестің өзі, сайып келгенде, ацил тобының КоА-ацетилге қосылуына әкеледі. Коэнзимдер туралы айтқанда, олардың төртеуі витамин туындыларына жататынын білу керек: тиамин, рибофлавин, ниацин және пантотен қышқылы.
Флавина адениндинуклеотиді және никотинамид адениндинуклеотиді электронды тасымалдауға қатысады, ал тиамин пирофосфатты көпшілікке белгілі.пируват декарбоксил коферменті, ашыту реакцияларына түседі.
Тиол тобын белсендіру
Ацетилдену коферменті (A) – құрамында тиол типті топ (-SH) бар, ол өте белсенді, ол CoA үшін ацил тобын тиолға өткізіп, түзе алатын зат ретінде жұмыс істеуі үшін маңызды және қажет. тиоэфир. Тиол эфирлері (тиоэфирлер) бос табиғаттың гидролиз энергиясының жеткілікті жоғары жылдамдығына ие, сондықтан олардың әртүрлі акцепторлық молекулаларға ацил тобын беру мүмкіндігі жоғары. Сондықтан ацетил КоА мерзімді түрде белсендірілген CH3COOH деп аталады.
Электронды тасымалдау
Дәрумендердің туындысы болып табылатын төрт кофактордан басқа, липоат деп аталатын пируватдегидрогеназа кешенінің 5-ші кофакторы бар. Оның қайтымды тотығудан өтуі мүмкін 2 тиол типті тобы бар, соның нәтижесінде дисульфидтік байланыс (-S-S-) түзіледі, бұл процесс ақуыздардағы аминқышқылдары мен цистеин қалдықтары арасында жүретініне ұқсас. Тотықтыру және қалпына келтіру қабілеті липоатқа тек ацил тобының ғана емес, сонымен қатар электрондардың тасымалдаушысы болу мүмкіндігін береді.
Ферменттік жинақ
Ферменттердің ішінде пируватдегидрогеназа кешені үш негізгі компонентті қамтиды. Бірінші фермент пируватдегидросеназа (E1). Екінші ферментдигидролипоилдегидрогеназа (E3). Үшіншісі дигидролипоилтрансацетилаза (E2). Пируватдегидрогеназа кешеніне осы ферменттер кіреді, оларды көп көшірмелерде сақтайды. Әрбір ферменттің көшірмелерінің саны әртүрлі болуы мүмкін, сондықтан кешеннің мөлшері өте әртүрлі болуы мүмкін. Сүтқоректілердегі PDH кешенінің диаметрі шамамен 50 нанометр. Бұл рибосоманың диаметрінен 5-6 есе үлкен. Мұндай комплекстер өте үлкен, сондықтан оларды электронды микроскопта ажыратуға болады.
Грам-оң таяқша stearothermophilus бактериясының PDH-де дигидролипойлтрацетилазаның алпыс бірдей көшірмесі бар, бұл өз кезегінде диаметрі шамамен 25 нанометрлік бесбұрышты типті додекаэдр жасайды. Грам-оң бактерия Escherichia coli құрамында E2, мысықтың жиырма төрт данасы бар. липоаттың протездік тобын өзіне бекітеді және ол E2 кіретін лизин қалдығының амин тобымен амидтік типті байланыс орнатады.
Дигидролипоилтрансацетилаза функционалдық айырмашылықтары бар 3 доменнің өзара әрекеттесуімен құрастырылған. Олар: лизин қалдығы бар және липоатпен байланысқан аминотерминальды липоил домені; байланыстырушы домен (орталық E1- және E3-); белсенді типті ацилтрансфераза орталықтарын қамтитын ішкі ацилтрансфераза домені.
Ашытқы пируватдегидрогеназа кешенінде тек бір липоил типті домен бар, сүтқоректілерде осындай екі домен, ішек таяқшасы бактериясында үш домен бар. Аминқышқылдарының байланыстырушы тізбегіжиырмадан отызға дейін амин қышқылы қалдықтары, E2 бөліседі, ал аланин және пролин қалдықтары зарядталған аминқышқылдарының қалдықтарымен араласады. Бұл сілтемелер көбінесе ұзартылған пішіндерге ие. Бұл мүмкіндік олардың 3 доменді ортақ пайдалануына әсер етеді.
Шығу тегінің байланысы
E1 TTP-мен оның белсенді орталығымен байланыс орнатады, ал E3 белсенді орталығы FAD-пен байланыс орнатады. Адам ағзасында төрт суббірліктен тұратын тетрамер түріндегі E1 ферменті бар: екі E1альфа және екі E 1 бета. Реттеуші белоктар протеинкиназа және фосфопротеинфосфатаза түрінде берілген. Бұл құрылым түрі (E1- E2- E 3) эволюциялық ілімдегі консерватизмнің элементі болып қала береді. Құрылымы мен құрылымы ұқсас комплекстер стандартты реакциялардан ерекшеленетін әртүрлі реакцияларға қатыса алады, мысалы, Кребс циклі кезінде α-кетоглутарат тотыққанда, катаболикалық пайдалану нәтижесінде пайда болған α-кето қышқылы да тотығады. тармақталған амин қышқылдарының: валин, лейцин және изолейцин.
Пируватдегидрогеназа кешенінде E3 ферменті бар, ол басқа кешендерде де кездеседі. Белок құрылымының, кофакторлардың, сондай-ақ реакция механизмдерінің ұқсастығы ортақ шығу тегін көрсетеді. Липоат E2 лизиніне бекітіледі және E1 белсенді орталықтан қозғала алатын «қол» түрі жасалады. белсенді орталықтары E 2 жәнеE3, бұл шамамен 5 нм.
Пироватдегидрогеназа кешеніндегі эукариоттарда E3BP-нің он екі суббірлігі бар (E3 – каталитикалық емес табиғаттың байланыстырушы ақуызы). Бұл ақуыздың нақты орналасқан жері белгісіз. Бұл ақуыз субедтердің кейбір ішкі жиынын ауыстырады деген гипотеза бар. E2 сиырдағы PDH.
Микроорганизмдермен байланыс
Қарастырылған кешен анаэробты бактериялардың кейбір түрлеріне тән. Алайда құрылымында PDH бар бактериялық организмдердің саны аз. Бактериялардағы кешен орындайтын функциялар, әдетте, жалпы процестерге дейін төмендейді. Мысалы, Zymonomonas mobilis бактериясындағы пируватдегидрогеназа кешенінің рөлі спирттік ашыту болып табылады. Мұндай мақсаттарға 98% дейінгі мөлшердегі пируват бактериялары жұмсалады. Қалған бірнеше пайызы көмірқышқыл газына, никотинамид аденин динуклеотидіне, ацетил-КоА т.б тотығады. Zymomonas mobilis құрамындағы пируватдегидрогеназа кешенінің құрылымы қызық. Бұл микроорганизмде төрт фермент бар: E1альфа, E1бета, E2 және E 3. Бұл бактерияның PDH құрамында E1бета ішінде липойл домені бар, бұл оны бірегей етеді. Кешеннің өзегі E2 болып табылады, ал кешеннің ұйымдастырылуының өзі бесбұрышты дудекаэдр пішінін алады. Zymomonas mobilis үшкарбон қышқылы циклінің ферменттерінің тұтас сериясына ие емес, сондықтан оның PDH тек анаболикалық функциялармен айналысады.
адамдағы PDH
Адам, басқа тірі ағзалар сияқты,PDH кодтайтын гендер бар. E1alpha – PDHA 1 гені X хромосомасында локализацияланған. PDH тапшылығы. Аурудың белгілері жеңіл лактоацидоз проблемаларынан дененің дамуындағы өлімге әкелетін ақауларға дейін әртүрлі болуы мүмкін. Х-хромосомасында ұқсас аллель бар ер адамдар жақын арада өте жас кезде өледі. Әйел адамдар да бұл аурудан зардап шегеді, бірақ аз дәрежеде және мәселенің өзі кез келген Х хромосомасының инактивациясында болып табылады.
Мутация мәселелері
E1бета - PDHB - үшінші хромосомада орналасқан. Бұл генге тек екі мутант түріндегі аллель белгілі, олар гомозиготалы күйде бола отырып, жыл бойына өліммен аяқталады, бұл даму ақауларымен байланысты.
Ағзаның толық дамуына дейін өлімге әкелетін басқа да осыған ұқсас аллельдер бар шығар. E2 - DLAT - он бірінші хромосомада шоғырланған. Адамзат болашақта проблемалар тудыратын осы геннің екі аллелі туралы біледі, бірақ дұрыс диета мұны өтей алады. Бұл геннің басқа мутацияларына байланысты ұрықтың құрсақта өлу ықтималдығы жоғары. E3 - dld - жетінші хромосомада орналасқан және аллельдердің көп санын қамтиды. Жеткіліктіолардың үлкен пайызы генетикалық сипаттағы аурулардың пайда болуына әкеледі, бұл аминқышқылдарының алмасуының бұзылуымен байланысты болады.
Қорытынды
Біз пируватдегидрогеназа кешенінің тірі организмдер үшін қаншалықты маңызды екенін қарастырдық. Онда болатын реакциялар, ең алдымен, пируваттың тотығу арқылы декарбоксилденуіне бағытталған, ал PDH өзі жоғары мамандандырылған, бірақ әртүрлі жағдайларда, белгілі бір себептермен, ол басқа сипаттағы функцияларды да орындай алады, мысалы, ашытуға қатысады. Сонымен қатар пируваттың тотығуына қатысатын белок типті кешендердің бес кофактордың қатысуымен ғана функционалды болып қалатын бес ферменттен тұратынын анықтадық. Декарбоксилдеудің күрделі механизмінің алгоритміндегі кез келген өзгерістер ауыр патологияларды тудыруы және тіпті адамның өліміне әкелуі мүмкін.
