Komplex oxoglutarát dehydrogenázy - Oxoglutarate dehydrogenase complex

oxoglutarát dehydrogenáza
Identifikátory
EC číslo1.2.4.2
Číslo CAS9031-02-1
Databáze
IntEnzIntEnz pohled
BRENDAVstup BRENDA
EXPASYPohled NiceZyme
KEGGVstup KEGG
MetaCycmetabolická cesta
PRIAMprofil
PDB strukturRCSB PDB PDBe PDBsum
Genová ontologieAmiGO / QuickGO

The komplex oxoglutarát dehydrogenázy (OGDC) nebo komplex α-ketoglutarát dehydrogenázy je komplex enzymů, nejčastěji známý pro svou roli v cyklus kyseliny citronové.

Jednotky

Hodně jako komplex pyruvátdehydrogenázy (PDC) tvoří tento enzym komplex složený ze tří složek:

JednotkaEC číslonázevGenKofaktor
E1ES 1.2.4.2oxoglutarát dehydrogenázaOGDHthiamin pyrofosfát (TPP)
E2ES 2.3.1.61dihydrolipoyl sukcinyltransferázaDLSTkyselina lipoová, Koenzym A
E3ES 1.8.1.4dihydrolipoyl dehydrogenázaDLDFAD, NAD
Mechanismus OGDH E1-TPP zahrnuje tvorbu stabilizovaného meziproduktu karbaniontu.

Byly charakterizovány tři třídy těchto multienzymových komplexů: jedna specifická pro pyruvát, druhý specifický pro 2-oxoglutarát a třetí specifický pro a-ketokyseliny s rozvětveným řetězcem. Komplex oxoglutarátdehydrogenázy má stejnou strukturu podjednotek, a proto používá stejné koenzymy jako komplex pyruvátdehydrogenázy a komplex alfa-ketokyseliny dehydrogenázy s rozvětveným řetězcem (TTP, CoA, lipoát, FAD a NAD). Společně je mezi těmito třemi enzymy sdílena pouze podjednotka E3.[1]

Vlastnosti

Metabolické dráhy

Tento enzym se účastní tří různých cest:

Kinetické vlastnosti

Následující hodnoty jsou z Azotobacter vinelandii  (1):

  • K.M: 0,14 ± 0,04 mM
  • PROTImax : 9 ± 3 μmol.min−1.mg−1

Cyklus kyseliny citronové

Reakce

Reakce katalyzovaná tímto enzymem v cyklu kyseliny citronové je:

α-ketoglutarát + NAD+ + CoA → Succinyl CoA + CO2 + NADH
Oxoglutarát dehydrogenáza (α-ketoglutarát dehydrogenáza)

Tato reakce probíhá ve třech krocích:

ΔG ° ' pro tuto reakci je -7,2 kcal mol−1. Energie potřebná pro tuto oxidaci je zachována při tvorbě thioesterové vazby sukcinyl CoA.

Nařízení

Oxoglutarát dehydrogenáza je klíčovým kontrolním bodem v cyklu kyseliny citronové. Je inhibován svými produkty, sukcinyl CoA a NADH. Vysoký energetický náboj v buňce bude také inhibiční. ADP a ionty vápníku jsou alosterické aktivátory enzymu.

Kontrolou množství dostupných redukčních ekvivalentů generovaných Krebsův cyklus „Oxoglutarát dehydrogenáza má následný regulační účinek na oxidační fosforylace a ATP Výroba.[2] Redukční ekvivalenty (například NAD + / NADH) dodávají elektrony, které procházejí elektronový transportní řetězec oxidační fosforylace. Zvýšené hladiny aktivace oxoglutarát dehydrogenázy slouží ke zvýšení koncentrací NADH ve srovnání s NAD +. Vysoké koncentrace NADH stimulují zvýšení toku prostřednictvím oxidační fosforylace.

Zatímco zvýšení toku touto cestou generuje ATP pro buňku, cesta také generuje volné radikály druh jako vedlejší produkt, který může způsobit oxidační stres na buňky, pokud se hromadí.

Oxoglutarát dehydrogenáza je považována za redoxní senzor v mitochondrie, a má schopnost měnit funkční úroveň mitochondrií, aby se zabránilo oxidačnímu poškození.[3] V přítomnosti vysoké koncentrace druhů volných radikálů prochází oxoglutarát dehydrogenáza plně reverzibilní inhibicí zprostředkovanou volnými radikály.[4] V extrémních případech může enzym také podstoupit úplnou oxidační inhibici.[4]

Když jsou mitochondrie léčeny přebytkem peroxid vodíku, tok elektronovým transportním řetězcem je snížen a produkce NADH je zastavena.[4][5] Po konzumaci a odstranění zdroje volných radikálů se obnoví normální mitochondriální funkce.

Předpokládá se, že dočasná inhibice mitochondriální funkce pramení z reverzibilní glutathionylace domény E2-lipoac kyseliny oxoglutarát dehydrogenázy.[5] Glutathionylace, forma posttranslační modifikace, dochází v době zvýšených koncentrací volných radikálů a lze je vrátit zpět po spotřebě peroxidem vodíku prostřednictvím glutaredoxin.[4] Glutathionylace „chrání“ kyselinu lipoovou v doméně E2 před oxidačním poškozením, což pomáhá ušetřit komplex oxoglutarát dehydrogenázy před oxidačním stresem.

Aktivita oxoglutarátdehydrogenázy se vypíná v přítomnosti volných radikálů, aby se chránil enzym před poškozením. Jakmile buňka spotřebuje volné radikály, aktivita enzymu se znovu zapne pomocí glutaredoxinu. Snížení aktivity enzymu v dobách oxidačního stresu slouží také ke zpomalení toku elektronovým transportním řetězcem, který zpomaluje produkci volných radikálů.

Kromě volných radikálů a mitochondriálního redoxního stavu je aktivita oxoglutarátdehydrogenázy regulována také poměry ATP / ADP, poměrem Succinyl-CoA k CoA-SH a koncentracemi různých kofaktorů iontů kovů (Mg2 +, Ca2 +).[6] Mnoho z nich alosterický regulátory působí na doménu E1 komplexu enzymů, ale všechny tři domény komplexu enzymů mohou být alostericky kontrolovány.[7] Aktivita enzymového komplexu je zvýšena vysokými hladinami ADP a Pi, Ca2 + a CoA-SH. Enzym je inhibován vysokými hladinami ATP, vysokými hladinami NADH a vysokými koncentracemi sukcinyl-CoA.[7]

Stresová reakce

Oxoglutarát dehydrogenáza hraje roli v buněčné reakci na stres. Enzymový komplex podléhá při akutní expozici stresu dočasnou inhibicí zprostředkovanou stresem. Dočasné období inhibice vyvolává silnější reakci na regulaci, což umožňuje vyšší hladinu aktivity oxoglutarátdehydrogenázy kompenzovat vystavení akutnímu stresu.[8] Akutní expozice stresu je obvykle pro buňku nižší, přijatelné úrovně.

Patofyziologie mohou nastat, když se stres stane kumulativním nebo se vyvine v chronický stres. Reakce up-regulace, ke které dojde po akutní expozici, může být vyčerpána, pokud se inhibice komplexu enzymů stane příliš silnou.[8] Stres v buňkách může způsobit deregulaci v biosyntéze neurotransmiter glutamát. Toxicita glutamátu v mozku je způsobena hromaděním glutamátu v době stresu. Pokud je aktivita oxoglutarátdehydrogenázy nefunkční (bez adaptivní kompenzace stresu), nelze zvýšit tvorbu glutamátu a mohou nastat mozkové patologie. Dysfunkční oxoglutarátdehydrogenáza může také predisponovat buňku k poškození jinými toxiny, které mohou způsobit neurodegenerace.[9]

Patologie

2-oxo-glutarátdehydrogrenáza je autoantigen uznáno v primární biliární cirhóza, forma akutního selhání jater. Tyto protilátky Zdá se, že rozpoznávají oxidaci protein který je výsledkem zánětlivých imunitních odpovědí. Některé z těchto zánětlivých odpovědí vysvětluje citlivost na lepek.[10] Zahrnují další mitochondriální autoantigeny pyruvátdehydrogenáza a komplex alfa-ketokyseliny dehydrogenázy s rozvětveným řetězcem, což jsou antigeny rozpoznávané anti-mitochondriální protilátky.

Aktivita komplexu 2-oxoglutarátdehydrogenázy je snížena u mnoha neurodegenerativních onemocnění. Alzheimerova choroba, Parkinsonova choroba, Huntingtonova choroba, a supranukleární obrna všechny jsou spojeny se zvýšenou úrovní oxidačního stresu v mozku.[11] Specificky u pacientů s Alzheimerovou chorobou je aktivita oxoglutarát dehydrogenázy významně snížena.[12] To vede k možnosti, že část cyklu TCA zodpovědná za hromadění druhů volných radikálů v mozku pacientů je nefunkční komplex oxoglutarát dehydrogenázy. Mechanismus inhibice tohoto enzymového komplexu související s onemocněním zůstává relativně neznámý.

Reference

  1. ^ McCartney, R. G .; Rice, J. E.; Sanderson, S. J .; Bunik, V .; Lindsay, H .; Lindsay, J. G. (11. 9. 1998). "Interakce podjednotek v savčím komplexu alfa-ketoglutarát dehydrogenázy. Důkazy pro přímou asociaci složek alfa-ketoglutarát dehydrogenázy a dihydrolipoamid dehydrogenázy.". The Journal of Biological Chemistry. 273 (37): 24158–24164. doi:10.1074 / jbc.273.37.24158. ISSN  0021-9258. PMID  9727038.
  2. ^ Tretter, L; Adam-Vizi, V (2005). „Alfa-ketoglutarát dehydrogenáza: cíl a generátor oxidačního stresu“. Filozofické transakce Královské společnosti B: Biologické vědy. 360 (1464): 2335–2345. doi:10.1098 / rstb.2005.1764. PMC  1569585. PMID  16321804.
  3. ^ McLain, AL; Szweda, PA; Szweda, LI (2011). „α-Ketoglutarát dehydrogenáza: mitochondriální redoxní senzor“. Volný radikální výzkum. 45 (1): 29–36. doi:10.3109/10715762.2010.534163. PMC  3169906. PMID  21110783.
  4. ^ A b C d McLain, AL; Cormier, PJ; Kinter, M; Szweda, LI (2013). „Glutathionylace α-ketoglutarát dehydrogenázy: Chemická podstata a relativní citlivost kyseliny lipoové na kofaktor k modifikaci“. Radikální biologie a medicína zdarma. 0: 161–169. doi:10.1016 / j.freeradbiomed.2013.03.020. PMC  3883985. PMID  23567190.
  5. ^ A b Applegate, M. A .; Humphries, K. M .; Szweda, L. I. (2008). „Reverzibilní inhibice alfa-ketoglutarát dehydrogenázy peroxidem vodíku: glutathionylace a ochrana kyseliny lipoové“. Biochemie. 47 (1): 473–478. doi:10.1021 / bi7017464. PMID  18081316.
  6. ^ Qi, F; Pradhan, RK; Dash, RK; Beard, DA (2011). "Podrobná kinetika a regulace savčí 2-oxoglutarát dehydrogenázy". BMC biochemie. 12 (1): 53. doi:10.1186/1471-2091-12-53. PMC  3195097. PMID  21943256.
  7. ^ A b Strumilo, S (2005). „Často ignorovaná fakta o kontrole komplexu 2-oxoglutarát dehydrogenázy“. Biochemie a výuka molekulární biologie. 33 (4): 284–287. doi:10.1002 / bmb.2005.49403304284.
  8. ^ A b Graf, A; Trofimová, L; Loshinskaja, A; Mkrtchyan, G; Strokina, A; et al. (2012). "Up-regulace 2-oxoglutarát dehydrogenázy jako stresová reakce". International Journal of Biochemistry & Cell Biology. 45: 175–189. doi:10.1016 / j.biocel.2012.07.002. PMID  22814169.
  9. ^ Gibson, GE; Blass, J.P .; Beal, M.F .; Bunik, V. (2005). „Komplex alfa-ketoglutarát-dehydrogenázy: prostředník mezi mitochondriemi a oxidačním stresem v neurodegeneraci“. Molekulární neurobiologie. 31: 43–63. doi:10,1385 / mn: 31: 1-3: 043.
  10. ^ Leung PS, Rossaro L, Davis PA a kol. (2007). „Antimitochondriální protilátky při akutním selhání jater: důsledky pro primární biliární cirhózu“. Hepatologie. 46 (5): 1436–42. doi:10,1002 / hep. 21828. PMC  3731127. PMID  17657817.
  11. ^ Shi, Q; Xu, H; Yu, H; et al. (2011). "Inaktivace a reaktivace komplexu mitochondriální α-ketoglutarátdehydrogenázy". The Journal of Biological Chemistry. 286 (20): 17640–17648. doi:10.1074 / jbc.M110.203018. PMC  3093839. PMID  21454586.
  12. ^ Sorbi, S .; Bird, E. D .; Blass, J. P. (1983). "Snížená aktivita komplexu pyruvátdehydrogenázy v mozku Huntingtona a Alzheimera". Ann Neurol. 13 (1): 72–78. doi:10.1002 / ana.410130116. PMID  6219611.

externí odkazy