Trong bài viết này, chúng tôi sẽ cố gắng giải thích một cách dễ hiểu phức hợp pyruvate dehydrogenase là gì và hóa sinh của quá trình, để tiết lộ thành phần của các enzym và coenzym, để chỉ ra vai trò và tầm quan trọng của phức hợp này trong tự nhiên và cuộc sống của con người. Ngoài ra, các hậu quả có thể xảy ra khi vi phạm mục đích chức năng của khu phức hợp và thời gian biểu hiện của chúng sẽ được xem xét.
Giới thiệu khái niệm
Phức hợp pyruvate dehydrogenase (PDH) là một phức hợp loại protein có vai trò thực hiện quá trình oxy hóa pyruvate do quá trình khử carboxyl. Phức hợp này chứa 3 enzym, cũng như hai protein cần thiết cho việc thực hiện các chức năng phụ trợ. Để phức hợp pyruvate dehydrogenase hoạt động, một số đồng yếu tố nhất định phải có mặt. Có 5 loại trong số đó: CoA, nicotinamide adenine dinucleotide, flavin adenine dinucleotide, thiamine pyrophosphate và lipoate.
Bản địa hóa PDH ở vi khuẩn tập trung trong tế bào chất, tế bào nhân thực lưu trữ nótrong ma trận trên ti thể.
Liên quan đến quá trình khử cacboxyl hóa pyruvate
Ý nghĩa của phức hợp pyruvate dehydrogenase nằm ở phản ứng oxy hóa pyruvate. Hãy xem xét bản chất của quá trình này.
Cơ chế của quá trình oxy hóa pyruvate dưới ảnh hưởng của quá trình khử carboxyl là một quá trình có bản chất sinh hóa, trong đó xảy ra sự phân cắt của phân tử CO2ở dạng số ít, và sau đó xảy ra phân tử được thêm vào pyruvate, bị khử cacboxyl và thuộc coenzyme A (CoA). Đây là cách acetyl-KoA được tạo ra. Hiện tượng này chiếm vị trí trung gian giữa quá trình đường phân và chu trình axit tricacboxylic. Quá trình pyruvate dicarboxyl hóa được thực hiện với sự tham gia của một MPC phức tạp, như đã đề cập trước đó, bao gồm ba enzym và hai protein phụ trợ.
Vai trò của coenzyme
Đối với phức hợp pyruvate dehydrogenase, các enzym đóng một vai trò quan trọng. Tuy nhiên, họ chỉ có thể bắt đầu công việc của mình khi có năm coenzyme hoặc nhóm của loại chân giả đã được liệt kê ở trên. Quá trình tự nó cuối cùng sẽ dẫn đến thực tế là nhóm acyl sẽ được bao gồm trong CoA-acetyl. Nói về coenzyme, bạn cần biết rằng bốn trong số chúng thuộc dẫn xuất vitamin: thiamine, riboflavin, niacin và axit pantothenic.
Flavina adenine dinucleotide và nicotinamide adenine dinucleotide tham gia vào quá trình chuyển điện tử, và thiamine pyrophosphate, được nhiều người biết đến nhưpyruvate decarboxylic coenzyme, tham gia vào các phản ứng lên men.
Kích hoạt nhóm thiol
Coenzyme acetyl hóa (A) - chứa nhóm loại thiol (-SH), rất hoạt động, điều quan trọng và cần thiết để CoA hoạt động như một chất có thể chuyển nhóm acyl thành thiol và hình thành cùng nhau. Este của thiol (thioether) có tốc độ năng lượng thủy phân tự do khá cao, do đó chúng có tiềm năng cao trong việc chuyển một nhóm acyl sang nhiều loại phân tử nhận. Đó là lý do tại sao acetyl CoA được định kỳ gọi là CH3COOH được kích hoạt.
Chuyển điện tử
Ngoài bốn đồng yếu tố là dẫn xuất của vitamin, có một đồng yếu tố thứ 5 của phức hợp pyruvate dehydrogenase, được gọi là lipoate. Nó có 2 nhóm loại thiol có thể trải qua quá trình oxy hóa thuận nghịch, dẫn đến hình thành liên kết disulfide (-S-S-), tương tự như cách quá trình này diễn ra giữa các axit amin và dư lượng cysteine trong protein. Khả năng oxy hóa và phục hồi làm cho chất béo có khả năng trở thành chất mang không chỉ của nhóm acyl, mà còn của các electron.
Bộ men
Trong số các enzym, phức hợp pyruvate dehydrogenase bao gồm ba thành phần chính. Enzyme đầu tiên là pyruvate dehydrosenase (E1). Enzyme thứ hai làdihydrolipoyl dehydrogenase (E3). Thứ ba là dihydrolipoyltransacetylase (E2). Phức hợp pyruvate dehydrogenase bao gồm các enzym này, lưu trữ chúng trong một số lượng lớn các bản sao. Số lượng bản sao của mỗi enzym có thể khác nhau, và do đó kích thước của phức hợp có thể thay đổi rất nhiều. Phức hợp PDH ở động vật có vú có đường kính khoảng 50 nanomet. Đường kính này lớn hơn 5-6 lần so với đường kính của ribosome. Những phức chất như vậy rất lớn, vì vậy chúng có thể được phân biệt bằng kính hiển vi điện tử.
Vi khuẩn gram dương bacillus stearothermophilus có sáu mươi bản sao giống hệt nhau của dihydrolipoyl transacetylase trong PDH của nó, do đó tạo ra một khối dodecahedron kiểu ngũ giác có đường kính khoảng 25 nanomet. Vi khuẩn gram dương Escherichia coli chứa 24 bản sao của E2, mèo. gắn nhóm giả của lipoate vào chính nó, và nó thiết lập một liên kết kiểu amide với nhóm amin của dư lượng lysine có trong E2.
Dihydrolipoyltransacetylase được xây dựng bằng sự tương tác của 3 miền có sự khác biệt về chức năng. Đó là: miền lipoyl gốc amin chứa dư lượng lysine và liên kết với chất béo; miền ràng buộc (trung tâm E1-và E3-); miền acyltransferase bên trong, bao gồm các trung tâm acyltransferase loại hoạt động.
Phức hợp pyruvate dehydrogenase của nấm men chỉ có một vùng loại lipoyl, động vật có vú có hai vùng như vậy, và vi khuẩn Escherichia coli có ba vùng. Trình tự liên kết của các axit amin làtrong số hai mươi đến ba mươi gốc axit amin, chia sẻ E2, trong khi dư lượng alanin và proline xen kẽ với dư lượng axit amin được tích điện. Các trình liên kết này thường có hình dạng mở rộng. Tính năng này ảnh hưởng đến việc chúng chia sẻ 3 miền.
Mối quan hệ về Nguồn gốc
E1thiết lập kết nối với TTP với trung tâm hoạt động của nó và trung tâm hoạt động E3thiết lập kết nối với FAD. Cơ thể con người chứa enzyme E1ở dạng tetramer, bao gồm bốn đơn vị con: hai E1alpha và hai E1 beta. Các protein điều hòa được trình bày dưới dạng protein kinase và phosphoprotein phosphatase. Loại cấu trúc này (E1- E2- E3 ) vẫn là một yếu tố của chủ nghĩa bảo thủ trong việc giảng dạy tiến hóa. Các phức chất có cấu trúc và cấu trúc tương tự có thể tham gia vào nhiều phản ứng khác với phản ứng tiêu chuẩn, ví dụ, khi α-ketoglutarate bị oxy hóa trong chu trình Krebs, axit α-keto cũng bị oxy hóa, được hình thành do sử dụng dị hóa của các axit amin loại phân nhánh: valine, leucine và isoleucine.
Phức hợp pyruvate dehydrogenase có enzyme E3, cũng được tìm thấy trong các phức hợp khác. Sự giống nhau về cấu trúc protein, đồng yếu tố và cơ chế phản ứng cũng chỉ ra một nguồn gốc chung. Lớp mỡ được gắn vào lysine E2, và một loại “bàn tay” được tạo ra có thể di chuyển từ trung tâm hoạt động E1đến các trung tâm hoạt động E2vàE3, khoảng 5 nm.
Sinh vật nhân thực trong phức hợp pyruvate dehydrogenase chứa mười hai đơn vị con của E3BP (E3- một protein liên kết không có tính chất xúc tác). Vị trí chính xác của protein này không được biết. Có giả thuyết cho rằng protein này thay thế một số tập hợp con của subed. E2trong PDH bò.
Giao tiếp với vi sinh vật
Phức hợp được coi là vốn có trong một số loại vi khuẩn kỵ khí. Tuy nhiên, số lượng vi khuẩn có PDH trong cấu trúc của chúng là rất nhỏ. Các chức năng được thực hiện bởi phức hợp trong vi khuẩn, như một quy luật, được giảm xuống các quá trình chung. Ví dụ, vai trò của phức hợp pyruvate dehydrogenase trong vi khuẩn Zymonomonas Mobilis là lên men rượu. Vi khuẩn pyruvate với số lượng lên đến 98% sẽ được sử dụng hết cho các mục đích như vậy. Một vài phần trăm còn lại được oxy hóa thành carbon dioxide, nicotinamide adenine dinucleotide, acetyl-CoA, v.v. Cấu trúc của phức hợp pyruvate dehydrogenase trong Zymomonas Mobilis rất thú vị. Vi sinh vật này có bốn loại enzym: E1alpha, E1beta, E2và E3. PDH của vi khuẩn này chứa miền lipoyl trong E1beta, điều này làm cho nó trở nên độc nhất. Phần lõi của phức chất là E2, và bản thân tổ chức của phức chất có dạng một khối đa diện ngũ giác. Zymomonas huy động không có toàn bộ chuỗi các enzym của chu trình axit tricarboxylic, và do đó PDH của nó chỉ tham gia vào các chức năng đồng hóa.
PDH trong con người
Con người, giống như các sinh vật sống khác,có gen mã hóa PDH. Gen E1alpha - PDHA 1 khu trú trên nhiễm sắc thể X. dẫn đến thiếu hụt PDH. Các triệu chứng của bệnh có thể rất khác nhau, từ các vấn đề nhiễm axit lactic nhẹ đến các dị tật gây chết người trong quá trình phát triển của cơ thể. Những người đàn ông có nhiễm sắc thể X bao gồm một alen tương tự sẽ sớm chết khi còn rất trẻ. Các cá nhân nữ cũng bị ảnh hưởng bởi căn bệnh này, nhưng ở mức độ nhẹ hơn và bản thân vấn đề là sự bất hoạt của bất kỳ nhiễm sắc thể X.
Vấn đề về đột biến
E1beta - PDHB - nằm trên nhiễm sắc thể thứ ba. Chỉ có hai alen thuộc loại đột biến được biết đến đối với gen này, gen này, ở vị trí đồng hợp tử, dẫn đến kết quả chết người trong suốt cả năm, liên quan đến dị tật.
Có thể có các alen tương tự khác có thể gây chết trước khi sinh vật phát triển đầy đủ. E2- DLAT - tập trung trên nhiễm sắc thể thứ mười một. Nhân loại biết về hai alen của gen này sẽ tạo ra các vấn đề trong tương lai, nhưng chế độ ăn uống phù hợp có thể bù đắp điều này. Khả năng cao là thai nhi sẽ chết trong bụng mẹ do các đột biến khác trên gen này. E3- dld - nằm trên nhiễm sắc thể thứ bảy và bao gồm một số lượng lớn các alen. Đầy đủmột tỷ lệ lớn trong số chúng dẫn đến sự xuất hiện của các bệnh có tính chất di truyền, liên quan đến vi phạm chuyển hóa axit amin.
Kết
Chúng tôi đã xem xét tầm quan trọng của phức hợp pyruvate dehydrogenase đối với các sinh vật sống. Các phản ứng xảy ra trong đó chủ yếu nhằm mục đích khử cacboxyl hóa pyruvate bằng quá trình oxy hóa, và bản thân PDH có tính chuyên biệt cao, nhưng trong các điều kiện khác nhau, với những lý do nhất định, nó cũng có thể thực hiện các chức năng có bản chất khác, ví dụ, tham gia vào quá trình lên men. Chúng tôi cũng phát hiện ra rằng các phức hợp loại protein có liên quan đến quá trình oxy hóa pyruvate bao gồm năm loại enzym chỉ duy trì chức năng khi có sự hiện diện của năm đồng yếu tố. Bất kỳ thay đổi nào trong thuật toán của cơ chế phức tạp của quá trình khử cacbon có thể gây ra các bệnh lý nghiêm trọng và thậm chí dẫn đến tử vong cho cá nhân.
