Në këtë artikull do të përpiqemi të shpjegojmë në mënyrë të arritshme se çfarë është kompleksi i piruvat dehidrogjenazës dhe biokimia e procesit, për të zbuluar përbërjen e enzimave dhe koenzimave, për të treguar rolin dhe rëndësinë e këtij kompleksi në natyrë. dhe jeta njerëzore. Përveç kësaj, do të merren parasysh pasojat e mundshme të shkeljes së qëllimit funksional të kompleksit dhe kohës së shfaqjes së tyre.
Hyrje në koncept
Kompleksi i piruvat dehidrogjenazës (PDH) është një kompleks i llojit proteinik, roli i të cilit është të kryejë oksidimin e piruvatit si rezultat i dekarboksilimit. Ky kompleks përmban 3 enzima, si dhe dy proteina të nevojshme për zbatimin e funksioneve ndihmëse. Që kompleksi i piruvat dehidrogjenazës të funksionojë, duhet të jenë të pranishëm disa kofaktorë. Ka pesë prej tyre: CoA, nikotinamid adeninë dinukleotid, flavin adeninë dinukleotid, tiaminë pirofosfat dhe lipoat.
Lokalizimi i PDH në organizmat bakterial është i përqendruar në citoplazmë, qelizat eukariote e ruajnë atënë matricën në mitokondri.
I lidhur me dekarboksilimin piruvat
Rëndësia e kompleksit të piruvat dehidrogjenazës qëndron në reaksionin e oksidimit të piruvatit. Merrni parasysh thelbin e këtij procesi.
Mekanizmi i oksidimit të piruvatit nën ndikimin e dekarboksilimit është një proces me natyrë biokimike, në të cilin ndodh ndarja e molekulës CO2 në njëjës, dhe më pas kjo molekula i shtohet piruvatit, i nënshtrohet dekarboksilimit dhe i përket koenzimës A (CoA). Kështu krijohet acetil-KoA. Ky fenomen zë një vend të ndërmjetëm midis proceseve të glikolizës dhe ciklit të acidit trikarboksilik. Procesi i dikarboksilimit të piruvatit kryhet me pjesëmarrjen e një MPC komplekse, e cila, siç u përmend më parë, përfshin tre enzima dhe dy proteina ndihmëse.
Roli i koenzimave
Për kompleksin piruvat dehidrogjenazë, enzimat luajnë një rol vendimtar. Megjithatë, ata mund të fillojnë punën e tyre vetëm në prani të pesë koenzimave ose grupeve të llojit protetik që u renditën më sipër. Vetë procesi përfundimisht do të çojë në faktin se grupi acil do të përfshihet në CoA-acetil. Duke folur për koenzimat, duhet të dini se katër prej tyre i përkasin derivateve të vitaminave: tiamina, riboflavina, niacina dhe acidi pantotenik.
Flavina adenine dinukleotidi dhe nikotinamidi adenine dinukleotidi janë të përfshirë në transferimin e elektroneve, dhe tiamina pirofosfati, i njohur për shumë njerëz sikoenzima dekarboksilike piruvat, hyn në reaksione fermentimi.
Aktivizimi i grupit tiol
Koenzima e acetilimit (A) - përmban një grup të tipit tiol (-SH), i cili është shumë aktiv, është kritike dhe e nevojshme që CoA të funksionojë si një substancë që mund të transferojë grupin acil në tiol dhe të formojë tioeter. Esteret e tioleve (tioeteret) kanë një shkallë mjaft të lartë të energjisë hidrolize të një natyre të lirë, prandaj ato kanë një potencial të lartë për të transferuar një grup acil në një sërë molekulash pranuese. Kjo është arsyeja pse acetil CoA quhet periodikisht CH3COOH.
Transferimi i elektroneve
Përveç katër kofaktorëve që janë derivate të vitaminave, ekziston një kofaktor i 5-të i kompleksit të piruvat dehidrogjenazës, i quajtur lipoat. Ai ka 2 grupe të tipit tiol që mund t'i nënshtrohen oksidimit të kthyeshëm, i cili rezulton në formimin e një lidhjeje disulfide (-S-S-), e cila është e ngjashme me mënyrën se si vazhdon ky proces midis aminoacideve dhe mbetjeve të cisteinës në proteina. Aftësia për të oksiduar dhe rikuperuar i jep lipoatit aftësinë për të qenë bartës jo vetëm i grupit acil, por edhe i elektroneve.
Kit enzimatike
Nga enzimat, kompleksi i piruvat dehidrogjenazës përfshin tre komponentë kryesorë. Enzima e parë është piruvat dehidrozenaza (E1). Enzima e dytë ështëdihidrolipoil dehidrogjenaza (E3). E treta është dihidrolipoiltransacetilaza (E2). Kompleksi i piruvat dehidrogjenazës përfshin këto enzima, duke i ruajtur ato në një numër të madh kopjesh. Numri i kopjeve të secilës enzimë mund të jetë i ndryshëm, dhe për këtë arsye madhësia e kompleksit mund të ndryshojë shumë. Kompleksi PDH tek gjitarët është rreth 50 nanometra në diametër. Ky është 5-6 herë më i madh se diametri i ribozomit. Komplekse të tilla janë shumë të mëdha, kështu që ato mund të dallohen në një mikroskop elektronik.
Bakteri gram-pozitiv i bacilit stearothermophilus ka gjashtëdhjetë kopje identike të dihidrolipoil transacetilazës në PDH e tij, të cilat nga ana e tyre krijojnë një dodekaedron të tipit pesëkëndor me rreth 25 nanometra në diametër. Bakteri gram-pozitiv Escherichia coli përmban njëzet e katër kopje të E2, mace. bashkon grupin protetik të lipoatit me vete dhe krijon një lidhje të llojit amide me grupin amino të mbetjes së lizinës të përfshirë në E2.
Dihidrolipoiltransacetilaza është ndërtuar nga ndërveprimi i 3 domeneve që kanë dallime funksionale. Këto janë: një domen lipoil aminoterminal që përmban një mbetje lizine dhe të lidhur me një lipoat; domeni lidhës (E1- dhe E3-); domeni i brendshëm i aciltransferazës, i cili përfshin qendrat e tipit aktiv të aciltransferazës.
Kompleksi i piruvat dehidrogjenazës së majave ka vetëm një domen të tipit lipoil, gjitarët kanë dy domene të tilla dhe bakteri Escherichia coli ka tre. Sekuenca lidhëse e aminoacideve që janënga njëzet deri në tridhjetë mbetje aminoacide, ndan E2, ndërsa mbetjet e alaninës dhe prolinës ndërthuren me mbetje aminoacide që janë të ngarkuara. Këta lidhës më shpesh kanë forma të zgjatura. Kjo veçori ndikon në faktin që ata ndajnë 3 domene.
Marrëdhënia e Origjinës
E1 krijon një lidhje me TTP me qendrën e tij aktive dhe qendra aktive E3 krijon një lidhje me FAD. Trupi i njeriut përmban enzimën E1 në formën e një tetrameri, i cili përbëhet nga katër nënnjësi: dy E1alfa dhe dy E 1 beta. Proteinat rregullatore paraqiten në formën e protein kinazës dhe fosfoprotein fosfatazës. Ky lloj strukture (E1- E2- E 3) mbetet një element i konservatorizmit në mësimdhënien evolucionare. Komplekset me strukturë dhe strukturë të ngjashme mund të marrin pjesë në një sërë reaksionesh që ndryshojnë nga ato standarde, për shembull, kur α-ketoglutarati oksidohet gjatë ciklit të Krebsit, oksidohet edhe acidi α-keto, i cili u formua për shkak të përdorimit katabolik. të aminoacideve të tipit të degëzuar: valinë, leucinë dhe izoleucinë.
Kompleksi i piruvat dehidrogjenazës ka enzimën E3, e cila gjendet edhe në komplekse të tjera. Ngjashmëria e strukturës së proteinave, kofaktorëve dhe gjithashtu mekanizmave të reagimit tregon një origjinë të përbashkët. Lipoati ngjitet me lizinën E2 dhe krijohet një lloj "dore" që është në gjendje të lëvizë nga qendra aktive E1 në qendrat aktive E 2 dheE3, që është afërsisht 5 nm.
Eukariotët në kompleksin e piruvat dehidrogjenazës përmbajnë dymbëdhjetë nënnjësi të E3BP (E3 - një proteinë lidhëse e natyrës jo-katalitike). Vendndodhja e saktë e kësaj proteine nuk dihet. Ekziston një hipotezë që kjo proteinë zëvendëson disa nëngrupe të subed. E2 te PDH e lopës.
Komunikimi me mikroorganizmat
Kompleksi i konsideruar është i natyrshëm në disa lloje të baktereve anaerobe. Megjithatë, numri i organizmave bakterialë që kanë PDH në strukturën e tyre është i vogël. Funksionet e kryera nga kompleksi në baktere, si rregull, reduktohen në procese të përgjithshme. Për shembull, roli i kompleksit të piruvat dehidrogjenazës në bakterin Zymonomonas mobilis është fermentimi alkoolik. Për qëllime të tilla do të përdoren bakteret piruvat në masën deri në 98%. Disa përqindje të mbetura oksidohen në dioksid karboni, nikotinamid adeninë dinukleotid, acetil-CoA, etj. Struktura e kompleksit të piruvat dehidrogjenazës në Zymomonas mobilis është interesante. Ky mikroorganizëm ka katër enzima: E1alfa, E1beta, E2 dhe E 3. PDH e këtij bakteri përmban një domen lipoil brenda E1beta, gjë që e bën atë unik. Bërthama e kompleksit është E2, dhe vetë organizimi i kompleksit merr formën e një dodekaedri pesëkëndor. Zymomonas mobilis nuk ka një seri të tërë enzimash të ciklit të acidit trikarboksilik, dhe për këtë arsye PDH e tij është e përfshirë vetëm në funksionet anabolike.
PDH tek njeriu
Njeriu, si organizmat e tjerë të gjallë,ka gjene që kodojnë PDH. Gjeni E1alfa – PDHA 1 lokalizohet në kromozomin X. në mungesë të PDH. Simptomat e sëmundjes mund të ndryshojnë shumë nga problemet e lehta të acidozës laktike deri te keqformimet vdekjeprurëse në zhvillimin e trupit. Burrat, kromozomi X i të cilëve përfshin një alel të ngjashëm, së shpejti do të vdesin në një moshë shumë të re. Nga kjo sëmundje preken edhe femrat, por në një masë më të vogël, dhe vetë problemi është inaktivizimi i çdo kromozomi X.
Problemet e mutacioneve
E1beta - PDHB - ndodhet në kromozomin e tretë. Për këtë gjen janë të njohura vetëm dy alele të llojit mutant, të cilët duke qenë në pozicion homozigot çojnë në një rezultat vdekjeprurës gjatë gjithë vitit, i cili shoqërohet me keqformime.
Ndoshta ka edhe alele të tjera të ngjashme që mund të shkaktojnë vdekjen para zhvillimit të plotë të organizmit. E2 - DLAT - e përqendruar në kromozomin e njëmbëdhjetë. Njerëzimi di për dy alele të këtij gjeni që do të krijojnë probleme në të ardhmen, por dieta e duhur mund ta kompensojë këtë. Ka shumë mundësi që fetusi të vdesë brenda mitrës për shkak të mutacioneve të tjera në këtë gjen. E3 - dld - ndodhet në kromozomin e shtatë dhe përfshin një numër të madh alelesh. Mjaftnjë përqindje e madhe e tyre çon në shfaqjen e sëmundjeve të natyrës gjenetike, të cilat do të shoqërohen me shkelje të metabolizmit të aminoacideve.
Përfundim
Ne kemi konsideruar se sa i rëndësishëm është kompleksi i piruvat dehidrogjenazës për organizmat e gjallë. Reaksionet që ndodhin në të kanë për qëllim kryesisht dekarboksilimin e piruvatit me anë të oksidimit, dhe vetë PDH është shumë e specializuar, por në kushte të ndryshme, me arsye të caktuara, mund të kryejë edhe funksione të një natyre të ndryshme, për shembull, të marrë pjesë në fermentim. Ne zbuluam gjithashtu se komplekset e tipit proteinik që përfshihen në oksidimin e piruvatit përbëhen nga pesë enzima që mbeten funksionale vetëm në prani të pesë kofaktorëve. Çdo ndryshim në algoritmin e mekanizmit kompleks të dekarboksilimit mund të shkaktojë patologji serioze dhe madje të çojë në vdekjen e individit.
