Комплекс пируватдегидрогеназы ( PDC ) - это комплекс из трех ферментов, который превращает пируват в ацетил-КоА с помощью процесса, называемого декарбоксилированием пирувата . [1] Ацетил-КоА может затем использоваться в цикле лимонной кислоты для осуществления клеточного дыхания , и этот комплекс связывает метаболический путь гликолиза с циклом лимонной кислоты . Декарбоксилирование пирувата также известно как «реакция пируватдегидрогеназы», поскольку оно также включает окисление пирувата. [2]
Этот мультиферментный комплекс структурно и функционально связан с мультиферментными комплексами оксоглутаратдегидрогеназы и оксо-кислотной дегидрогеназы с разветвленной цепью .
Реакция [ править ]
Реакция, катализируемая комплексом пируватдегидрогеназы:
| пируват | пируватдегидрогеназный комплекс | ацетил-КоА | |
 |  | ||
| CoA-SH + NAD + | СО 2 + НАДН + Н + | ||
 | |||
Структура [ править ]
| Ферменты | Аббревиатура | Кофакторы | # субъединицы прокариот | # субъединицы эукариоты |
|---|---|---|---|---|
| пируватдегидрогеназа ( EC 1.2.4.1 ) | E1 | TPP (тиаминпирофосфат) | 24 | 30 |
| дигидролипоил трансацетилаза ( EC 2.3.1.12 ) | E2 | липоатный кофермент А | 24 | 60 |
| дигидролипоилдегидрогеназа ( EC 1.8.1.4 ) | E3 | FAD NAD + | 12 | 12 |
Пируватдегидрогеназа (E1) [ править ]
Первоначально пируват и тиаминпирофосфат (TPP или витамин B 1 ) связываются субъединицами пируватдегидрогеназы . [1] тиазолиевое кольцо ТЭС находится в цвиттерионных форме, и анионные C2 углерод выполняет нуклеофильную атаку на С2 (кетон) карбонил пируваты. Полученный гемитиоацеталь подвергается декарбоксилированию с образованием эквивалента ацильного аниона (см. Химию циангидрина или альдегид-дитиан умполунг , а также конденсацию бензоина). Этот анион атакует S1 окисленных липоатов, которые присоединены к остатку лизина . В S N 2-подобном механизме раскрытия кольца S2 замещается как сульфидный или сульфгидрильный фрагмент. Последующий коллапс тетраэдрического гемитиоацеталя выбрасывает тиазол, высвобождая кофактор TPP и генерируя тиоацетат на S1 липоата. Процесс, катализируемый E1, является лимитирующей стадией всего комплекса пируватдегидрогеназы.
Дигидролипоил трансацетилаза (E2) [ править ]
На данный момент, липоаты-тиоэфир функциональность транслоцируется в dihydrolipoyl transacetylase активного сайта (Е2), [1] , где реакция , transacylation передает ацетил из «качающегося рычага» от lipoyl к тиолу коэнзим А . Это производит ацетил-КоА , который высвобождается из ферментного комплекса и впоследствии входит в цикл лимонной кислоты . E2 также может быть известен как липоамидредуктаза-трансацетилаза.
Дигидролипоилдегидрогеназа (E3) [ править ]
Dihydrolipoate , по- прежнему связан с остатком лизина комплекса, затем мигрирует к dihydrolipoyl дегидрогеназы активного сайта (Е3), [1] , где он подвергается Flavin опосредованной окислению, идентичны по химии к дисульфидной изомеразе . Во-первых, FAD окисляет дигидролипоат обратно до состояния покоя липоата, производя FADH 2 . Затем кофактор NAD + окисляет FADH 2 обратно до состояния покоя FAD, производя NADH.
Структурные различия между видами [ править ]
PDC - это большой комплекс, состоящий из нескольких копий 3 или 4 субъединиц в зависимости от вида.
Грамотрицательные бактерии [ править ]
У грамотрицательных бактерий, например Escherichia coli , PDC состоит из центрального кубического ядра, состоящего из 24 молекул дигидролипоилтрансацетилазы (E2). До 24 копий пируватдегидрогеназы (E1) и 12 молекул дигидролипоилдегидрогеназы (E3) связываются с внешней стороной ядра E2. [3]
Грамположительные бактерии и эукариоты [ править ]
Напротив, у грамположительных бактерий (например, Bacillus stearothermophilus ) и эукариот центральное ядро PDC содержит 60 молекул E2, расположенных в виде икосаэдра.
Эукариоты также содержат 12 копий дополнительного основного белка, E3-связывающего белка (E3BP). Точное местонахождение E3BP не совсем понятно. Крио-электронная микроскопия установила, что E3BP связывается с каждой из граней икосаэдра у дрожжей. [4] Однако было высказано предположение, что он заменяет эквивалентное количество молекул E2 в ядре бычьего PDC.
До 60 молекул E1 или E3 могут связываться с ядром E2 грамположительных бактерий - связывание является взаимоисключающим. У эукариот E1 специфически связывается с E2, в то время как E3 ассоциируется с E3BP. Считается, что присутствует до 30 ферментов E1 и 6 E3, хотя точное количество молекул может варьироваться in vivo и часто отражает метаболические потребности рассматриваемой ткани.
Регламент [ править ]
Пируватдегидрогеназа ингибируется, когда увеличивается одно или несколько из трех следующих соотношений: АТФ / АДФ , НАДН / НАД + и ацетил-КоА / КоА .
У эукариот PDC жестко регулируется собственной специфической киназой пируватдегидрогеназы (PDK) и фосфатазой пируватдегидрогеназы (PDP), дезактивируя и активируя ее соответственно. [5]
- PDK фосфорилирует три специфических остатка серина на E1 с различным сродством. Фосфорилирование любого из них (с использованием АТФ ) делает E1 (и, как следствие, весь комплекс) неактивным. [5]
- Дефосфорилирование E1 PDP восстанавливает комплексную активность. [5]
Продукты реакции действуют как аллостерические ингибиторы PDC, поскольку они активируют PDK. Субстраты, в свою очередь, ингибируют PDK, реактивируя PDC.
Во время голодания количество PDK увеличивается в большинстве тканей, включая скелетные мышцы , за счет повышенной транскрипции генов . В тех же условиях количество PDP уменьшается. Результирующее ингибирование PDC предотвращает катаболизм глюкозы и предшественников глюконеогенеза в мышцах и других тканях . Метаболизм сдвигается в сторону использования жира , в то время как распад мышечного белка для обеспечения предшественников глюконеогенеза сводится к минимуму, а доступная глюкоза сохраняется для использования мозгом .
Ионы кальция играют роль в регуляции PDC в мышечной ткани, потому что они активируют PDP, стимулируя гликолиз при его высвобождении в цитозоль - во время сокращения мышц . Некоторые продукты этой транскрипции высвобождают H2 в мышцы. Это может со временем привести к распаду ионов кальция.
Локализация декарбоксилирования пирувата [ править ]
В эукариотических клетках декарбоксилирование пирувата происходит внутри митохондриального матрикса после транспорта субстрата, пирувата, из цитозоля . Транспорт пирувата в митохондрии осуществляется через транспортный белок пируваттранслоказу. Пируваттранслоказа транспортирует пируват симпортом с протоном и, следовательно, активна , потребляя энергию . [ необходима цитата ] . Альтернативные источники говорят, что «транспорт пирувата через внешнюю митохондриальную мембрану, по-видимому, легко осуществляется через большие неселективные каналы, такие как потенциал-зависимые анионные каналы., которые обеспечивают пассивную диффузию "и транспорт через внутреннюю митохондриальную мембрану опосредован митохондриальным переносчиком пирувата 1 (MPC1) и митохондриальным переносчиком пирувата 2 (MPC2). [6]
При попадании в митохондрии пируват декарбоксилируется с образованием ацетил-КоА. Эта необратимая реакция улавливает ацетил-КоА в митохондриях (ацетил-КоА может транспортироваться из митохондриального матрикса только в условиях высокого содержания оксалоацетата через цитратный челнок, промежуточное соединение ТЦА, которое обычно мало). Углекислый газ, образующийся в результате этой реакции, неполярный и небольшой, и может диффундировать из митохондрий и из клетки.
У прокариот , у которых нет митохондрий, эта реакция либо осуществляется в цитозоле, либо не происходит вовсе.
Клиническая значимость [ править ]
Дефицит пируватдегидрогеназы может быть результатом мутации любого из ферментов или кофакторов. Его первичный клинический признак - лактоацидоз . [7]
См. Также [ править ]
- Дефицит пируватдегидрогеназы
Ссылки [ править ]
- ^ a b c d DeBrosse, Suzanne D .; Керр, Дуглас С. (01.01.2016), Сането, Рассел П.; Парих, Сумит; Коэн, Брюс Х. (ред.), «Глава 12 - Дефицит пируватдегидрогеназного комплекса» , Mitochondrial Case Studies , Boston: Academic Press, pp. 93–101, doi : 10.1016 / b978-0-12-800877-5.00012-7 , ISBN 978-0-12-800877-5, получено 16.11.2020
- ^ JM Berg; Ю.Л. Тимочко, Л. Страйер (2007). Биохимия (6-е изд.). Фримен. ISBN 978-0-7167-8724-2.CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
- ^ Izard T, Айварссон A, Allen MD, Вестфаль AH, Perham RN, де Кок A, Hol WG (1999). «Принципы квазиэквивалентности и евклидовой геометрии управляют сборкой кубических и додекаэдрических ядер комплексов пируватдегидрогеназы» . Proc. Natl. Акад. Sci. США . 96 (4): 1240–1245. Bibcode : 1999PNAS ... 96.1240I . DOI : 10.1073 / pnas.96.4.1240 . PMC 15447 . PMID 9990008 . [1]
- ^ Stoops, JK, Cheng, RH, Yazdi, MA, Maeng, CY, Schroeter, JP, Klueppelberg, U., Kolodziej, SJ, Baker, TS, Reed, LJ (1997) Об уникальной структурной организации пирувата Saccharomyces cerevisiae дегидрогеназный комплекс. J. Biol. Chem. 272, 5757-5764.
- ^ a b c Пелли, Джон У. (01.01.2012), Пелли, Джон У. (редактор), «6 - Гликолиз и окисление пирувата» , Elsevier's Integrated Review Biochemistry (второе издание) , Филадельфия: WB Saunders, . С. 49-55, DOI : 10.1016 / b978-0-323-07446-9.00006-4 , ISBN 978-0-323-07446-9, получено 16.11.2020
- ↑ Раттер, Джаред (23 января 2013 г.). «Долгий и извилистый путь к митохондриальному переносчику пирувата» . Рак и метаболизм . DOI : 10.1186 / 2049-3002-1-6 . PMID 24280073 .
- ^ «Дефицит пируватдегидрогеназы» . Домашний справочник по генетике . Проверено 17 марта 2013 года .
Внешние ссылки [ править ]
 | Викискладе есть медиафайлы, связанные с комплексом пируватдегидрогеназы . |
- https://web.archive.org/web/20070405211049/http://www.dentistry.leeds.ac.uk/biochem/MBWeb/mb1/part2/krebs.htm#animat1 - анимация общего механизма PDC (ссылка вверху справа) в Университете Лидса
- Комплекс пируват + дегидрогеназа + в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)
3D конструкции [ править ]
- Чжоу, H .; Маккарти, Б .; О'Коннор, М .; Reed, J .; Ступс, К. (декабрь 2001 г.). «Замечательная структурная и функциональная организация эукариотических комплексов пируватдегидрогеназы» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 98 (26): 14802–14807. Bibcode : 2001PNAS ... 9814802Z . DOI : 10.1073 / pnas.011597698 . ISSN 0027-8424 . PMC 64939 . PMID 11752427 ., комплекс пируватдегидрогеназы почек крупного рогатого скота
- Yu, X .; Hiromasa, Y .; Tsen, H .; Ступс, К .; Roche, E .; Чжоу, Х. (январь 2008 г.). «Структуры ядер комплекса пируватдегидрогеназы человека: высококонсервативный каталитический центр с гибкими N-концевыми доменами» . Структура . 16 (1): 104–114. DOI : 10.1016 / j.str.2007.10.024 . ISSN 0969-2126 . PMC 4807695 . PMID 18184588 ., человеческие полноразмерные и усеченные ядра E2 (tE2) PDC, экспрессированные в E. coli
| vте Путь метаболизма гликолиза |
|---|
Глюкоза Гексокиназа АТФ ADP Глюкозо-6-фосфат Глюкозо-6-фосфат- изомераза Фруктоза 6-фосфат Фосфофруктокиназа-1 АТФ ADP 1,6-бисфосфат фруктозы Бисфосфат-фруктозы альдолазы Дигидроксиацетонфосфат + + Глицеральдегид 3-фосфат Триозофосфат изомераза 2 × Глицеральдегид-3-фосфат 2 × Глицеральдегид-3- фосфатдегидрогеназа НАД + + P i НАДН + Н + НАД + + P i НАДН + Н + 2 × 1,3-бисфосфоглицерат 2 × Фосфоглицераткиназа ADP АТФ ADP АТФ 2 × 3-фосфоглицерат 2 × Фосфоглицерат мутаза 2 × 2-фосфоглицерат 2 × Phosphopyruvate гидратаз ( енолаз ) H 2 O H 2 O 2 × Фосфоенолпируват 2 × Пируваткиназа ADP АТФ 2 × Пируват 2 × |
