Pyruvátdehydrogenáza (lipoamid) alfa 1 - Pyruvate dehydrogenase (lipoamide) alpha 1 - Wikipedia
Pyruvátdehydrogenáza E1 složka podjednotka alfa, somatická forma, mitochondriální je enzym že u lidí je kódován PDHA1 gen.Komplex pyruvátdehydrogenázy je nukleárně kódován mitochondriální maticový multienzymový komplex, který poskytuje primární spojení mezi glykolýza a trikarboxylová kyselina (TCA) cyklus katalyzováním nevratné přeměny pyruvát do acetyl-CoA. Komplex PDH se skládá z několika kopií 3 enzymů: E1 (PDHA1); dihydrolipoyl transacetyláza (DLAT ) (E2; EC 2.3.1.12); a dihydrolipoyl dehydrogenáza (DLD ) (E3; EC 1.8.1.4). Enzym E1 je heterotetramer 2 podjednotek alfa a 2 beta. Podjednotka E1-alfa obsahuje aktivní místo E1 a hraje klíčovou roli ve funkci komplexu PDH.[5]
Struktura
Gen PDHA1 má asi 17 kilobázových párů; obsahuje 11 exonů, které se pohybují od 61 do 174 párů bází, a introny, jehož velikosti se pohybují od 600 párů bází do 5,7 kilobázových párů. Všechna místa donoru a akceptoru sestřihu přítomná v genu odpovídají pravidlu sestřihu GT / AC. Sekvence DNA v místě iniciace transkripce je velmi bohatá na GC. Před místem s víčkem je přítomna sekvence podobná „boxu TATA“ a „CAAT. Existuje také několik sad opakování, sekvencí připomínajících Transkripční faktor Sp1 vazebné místo a dva tábor vazebná místa pro receptory před uzávěrem.[6]
Předběžný peptid kódovaný tímto genem byl 29 aminokyselin na samém začátku sekvence, které odpovídají typické mitochondriální cílené vedoucí sekvenci. Zbývajících 361 aminokyselin, počínaje N-koncem fenylalaninem, představuje zralý mitochondriální E1 alfa peptid.[7] Dva z těchto zralých proteinů PDHA se spojují se dvěma proteiny PDHB za vzniku heterotetramerní podjednotky E1. Krystalové struktury umožňovaly model, ve kterém enzym prochází 2-A kyvadlovým pohybem svých heterodimerů, aby provedl katalýzu.[8] Protein kódovaný lidským genem PDHA1 je součástí pyruvátdehydrogenáza multienzymový komplex. Celý lidský komplex má velikost 9,5 MDa a byl popsán jako 60-meric, což znamená, že existuje více než 60 komponent, které jsou sestaveny tak, aby vytvořil celý komplex. Tyto podjednotky jsou konzervovány u mnoha druhů, protože funkce tohoto komplexu je pro generaci nezbytná ATP pro všechny eukaryoty.[9] Každá složka je zodpovědná za katalýzu jednoho kroku v této cestě; tento komplex existuje za účelem směrování meziproduktů každé reakce na další enzym, čímž výrazně zvyšuje rychlost reakce.[10]
Funkce
The pyruvátdehydrogenáza komplex je zodpovědný za oxidativní dekarboxylaci pyruvát, přičemž konečný produkt je Acetyl CoA. Celkově komplex katalyzuje pět reakcí, přičemž celková reakce je:
Pyruvát + CoA + NAD+ → acetyl-CoA + CO2
V 5 krocích, které tento komplex provádí, jsou vyžadovány tři různé koenzymy: thiamin pyrofosfát (TPP), lipoamid, a koenzym A. Tento krok je pouze jednou z centrálních metabolických cest prováděných eukaryoty, ve kterých je oxidována glukóza za vzniku oxidu uhličitého, vody a ATP. Komplex E1 specificky používá kofaktor TPP ke štěpení vazby Calpha-C (= O) pyruvátu a poté k přenosu acetylové skupiny na koenzym TPP, což vede k meziproduktu, hydroxylethyl-Tpp * E1 a produkci CO2. Thiazoliový kruh na TPP je ideální pro přidání k karbonylovým skupinám a působí jako jímka elektronů, nebo skupina, která může vytáhnout elektrony z reakce a stabilizovat elektronově nedostatečný meziprodukt.[10]
Nařízení
Aktivita komplexu PDH v tkáních savců je do značné míry určena fosforylace určitých podjednotek v komplexu. Absolutní částky specifické pro daný web kinázy a fosfáty vyjádřené v mitochondriích přímo ovlivňují aktivitu PDH.[11] Specificky, tyrosinový zbytek, Tyr-301, může být fosforylován na PDHA1, a proto inhibuje jeho aktivitu; to se provádí blokováním vazby pyruvátu na substrát. Tato fosforylace je v tandemu s fosforylací zbytku Ser-293.[12] Fosforylace jiného místa, Ser-264, může regulovat funkci. Fosforylovaný serinový zbytek v této poloze brání TPP v uspořádání dvou smyček v El, které obsahují tři fosforylační místa. Porucha je přímým důsledkem stérického střetu mezi novou fosfátovou skupinou na Ser-264 a dalším serinem, Ser-266, který destabilizuje síť vodíkových vazeb, která udržuje smyčky na místě. Celkově tato porucha vede k inaktivaci katalytického aparátu.[13]
Komplex PDH lze regulovat za různých podmínek. Ukázalo se, že podjednotka PDHA1 je regulována volnými mastnými kyselinami během cvičení. Přítomnost volných mastných kyselin zvyšuje hladinu fosforylace, a tím snižuje aktivitu PDH. Během cvičení jsou však tyto účinky potlačeny a v buňkách je mnohem vyšší hladina defosforylovaného PDHA1.[14] V určitých svalech, jako jsou tricepsy, se zdá, že profil metabolických enzymů přímo ovlivňuje hladinu aktivity PDH, což může vést k vyšším hladinám laktátu ve svalech s těmito vlastnostmi.[15]
Klinický význam
Je známo, že mutace v genu PDHA1 způsobují jednu formu nedostatek pyruvátdehydrogenázy. Nedostatek pyruvátdehydrogenázy je charakterizován hromaděním chemické látky zvané kyselina mléčná v těle a řadou neurologických problémů. Známky a příznaky tohoto stavu se obvykle poprvé objevují krátce po narození a mohou se u postižených jedinců značně lišit. Nejběžnějším rysem je potenciálně život ohrožující nahromadění kyseliny mléčné (laktátová acidóza), které může způsobit nevolnost, zvracení, závažné problémy s dýcháním a abnormální srdeční rytmus. Lidé s nedostatkem pyruvátdehydrogenázy mají obvykle také neurologické problémy. Většina z nich má opožděný vývoj mentálních schopností a motorických schopností, jako je sedění a chůze. Mezi další neurologické problémy patří mentální postižení, záchvaty, slabý svalový tonus (hypotonie), špatná koordinace a potíže s chůzí. Někteří postižení jedinci mají abnormální mozkové struktury, jako je nedostatečný vývoj tkáně spojující levou a pravou polovinu mozku (corpus callosum), plýtvání (atrofie) vnější části mozku známé jako mozková kůra nebo místa poškození tkáně (léze) na některých částech mozku. Kvůli závažným účinkům na zdraví mnoho jedinců s nedostatkem pyruvátdehydrogenázy nepřežije minulé dětství, i když někteří mohou žít v dospívání nebo dospělosti.[5] Většina případů je výsledkem mutací v tomto genu a bylo identifikováno bezpočet typů mutací. Mutace v tomto genu sahají od missense mutací, ve kterých je substituován jeden nukleotid, až po mnohem větší delece mnoha párů nukleotidových bází.[16][17][18]
Zatímco většina klinických projevů je homogenní s obecným onemocněním, byly identifikovány některé případy, kdy došlo k fokální dilataci pravé boční komory s unilaterální periventrikulární leukomalací (PVL) se subependymální cystou.[19]
U žen může být tento nedostatek mnohem těžší odhalit. Je to proto, že existuje šance, že ve fibroblastech bude provedeno zkosené měření inaktivačního vzorce enzymu X, což znamená, že měření aktivity enzymu nemusí být zcela přesné. Protože klinický obraz této poruchy se silně překrývá s nedostatky v oxidační fosforylaci, doporučuje se provést podrobnou biochemickou analýzu svalové biopsie u žen s podezřením na nedostatek pyruvátdehydrogenázy, následovanou molekulárně genetickou analýzou genu PDHA1.[20]
Interaktivní mapa cest
Kliknutím na geny, proteiny a metabolity níže můžete odkazovat na příslušné články.[§ 1]
- ^ Interaktivní mapu cest lze upravit na WikiPathways: „GlycolysisGluconeogenesis_WP534“.
Reference
- ^ A b C GRCh38: Vydání souboru 89: ENSG00000131828 - Ensembl, Květen 2017
- ^ A b C GRCm38: Vydání souboru 89: ENSMUSG00000031299 - Ensembl, Květen 2017
- ^ „Human PubMed Reference:“. Národní centrum pro biotechnologické informace, Americká národní lékařská knihovna.
- ^ „Myš PubMed Reference:“. Národní centrum pro biotechnologické informace, Americká národní lékařská knihovna.
- ^ A b „Entrez Gene: PDHA1 pyruvát dehydrogenáza (lipoamid) alfa 1“.
- ^ Maragos C, Hutchison WM, Hayasaka K, Brown GK, Dahl HH (červenec 1989). "Strukturální organizace genu pro E1 alfa podjednotku komplexu lidské pyruvátdehydrogenázy". The Journal of Biological Chemistry. 264 (21): 12294–8. PMID 2745444.
- ^ Ho L, Wexler ID, Liu TC, Thekkumkara TJ, Patel MS (červenec 1989). „Charakterizace cDNA kódujících alfa podjednotku lidské pyruvátdehydrogenázy“. Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 86 (14): 5330–4. doi:10.1073 / pnas.86.14.5330. PMC 297615. PMID 2748588.
- ^ Ciszak EM, Korotchkina LG, Dominiak PM, Sidhu S, Patel MS (červen 2003). „Strukturální základ pro klopný účinek thiamin-pyrofosfát-závislých enzymů odhalený lidskou pyruvátdehydrogenázou“. The Journal of Biological Chemistry. 278 (23): 21240–6. doi:10,1074 / jbc.M300339200. PMID 12651851.
- ^ Hiromasa Y, Fujisawa T, Aso Y, Roche TE (únor 2004). „Organizace jader savčího komplexu pyruvátdehydrogenázy tvořeného E2 a E2 plus protein vázající E3 a jejich schopnosti vázat složky E1 a E3“. The Journal of Biological Chemistry. 279 (8): 6921–33. doi:10,1074 / jbc.M308172200. PMID 14638692.
- ^ A b Voet DJ, Voet JG, Pratt CW (2010). „Kapitola 17, Cyklus kyseliny citronové“. Principy biochemie (4. vydání). Wiley. p. 550. ISBN 978-0-470-23396-2.
- ^ Kolobova E, Tuganova A, Boulatnikov I, Popov KM (srpen 2001). „Regulace aktivity pyruvátdehydrogenázy prostřednictvím fosforylace na více místech“. The Biochemical Journal. 358 (Pt 1): 69–77. doi:10.1042/0264-6021:3580069. PMC 1222033. PMID 11485553.
- ^ Fan J, Kang HB, Shan C, Elf S, Lin R, Xie J, Gu TL, Aguiar M, Lonning S, Chung TW, Arellano M, Khoury HJ, Shin DM, Khuri FR, Boggon TJ, Kang S, Chen J (Září 2014). „Fosforylace Tyr-301 inhibuje pyruvátdehydrogenázu blokováním vazby substrátu a podporuje Warburgův efekt“. The Journal of Biological Chemistry. 289 (38): 26533–41. doi:10,1074 / jbc.M114,593970. PMC 4176253. PMID 25104357.
- ^ Kato M, Wynn RM, Chuang JL, Tso SC, Machius M, Li J, Chuang DT (prosinec 2008). „Strukturální základ pro inaktivaci komplexu lidské pyruvátdehydrogenázy fosforylací: role neuspořádaných fosforylačních smyček“. Struktura. 16 (12): 1849–59. doi:10.1016 / j.str.2008.10.010. PMC 2849990. PMID 19081061.
- ^ Pilegaard H, Birk JB, Sacchetti M, Mourtzakis M, Hardie DG, Stewart G, Neufer PD, Saltin B, van Hall G, Wojtaszewski JF (listopad 2006). „PDH-E1alfa defosforylace a aktivace v lidském kosterním svalu během cvičení: účinek intralipidové infuze“. Cukrovka. 55 (11): 3020–7. doi:10.2337 / db06-0152. PMID 17065338.
- ^ Kiilerich K, Birk JB, Damsgaard R, Wojtaszewski JF, Pilegaard H (leden 2008). "Regulace PDH ve svalech lidské paže a nohou v klidu a při intenzivním cvičení". American Journal of Physiology. Endokrinologie a metabolismus. 294 (1): E36–42. doi:10.1152 / ajpendo.00352.2007. PMID 17957032.
- ^ Giribaldi G, Doria-Lamba L, Biancheri R, Severino M, Rossi A, Santorelli FM, Schiaffino C, Caruso U, Piemonte F, Bruno C (květen 2012). „Občasný relapsující deficit komplexu pyruvát-dehydrogenázy: případ s klinickou, biochemickou a neuroradiologickou reverzibilitou“. Vývojová medicína a dětská neurologie. 54 (5): 472–6. doi:10.1111 / j.1469-8749.2011.04151.x. PMID 22142326.
- ^ Magner M, Vinšová K, Tesařová M, Hájková Z, Hansíková H, Wenchich L, Ješina P, Smolka V, Adam T, Vaněčková M, Zeman J, Honzík T (2011). „Dva pacienti s klinicky odlišnou manifestací deficitu pyruvátdehydrogenázy v důsledku mutací genu PDHA1“. Pražská lékařská zpráva. 112 (1): 18–28. PMID 21470495.
- ^ Imbard A, Boutron A, Vequaud C, Zater M, de Lonlay P, de Baulny HO, Barnerias C, Miné M, Marsac C, Saudubray JM, Brivet M (prosinec 2011). "Molekulární charakterizace 82 pacientů s nedostatkem komplexu pyruvátdehydrogenázy. Strukturální důsledky nových substitucí aminokyselin v proteinu E1". Molekulární genetika a metabolismus. 104 (4): 507–16. doi:10.1016 / j.ymgme.2011.08.008. PMID 21914562.
- ^ Sharma R, Sharrard MJ, Connolly DJ, Mordekar SR (květen 2012). „Jednostranná periventrikulární leukomalacie ve spojení s nedostatkem pyruvátdehydrogenázy“. Vývojová medicína a dětská neurologie. 54 (5): 469–71. doi:10.1111 / j.1469-8749.2011.04108.x. PMID 21895644.
- ^ Willemsen M, Rodenburg RJ, Teszas A, van den Heuvel L, Kosztolanyi G, Morava E (červen 2006). "Ženy s mutacemi genu PDHA1: diagnostická výzva". Mitochondrie. 6 (3): 155–9. doi:10.1016 / j.mito.2006.03.001. PMID 16713755.
Další čtení
- Dahl HH, Brown GK, Brown RM, Hansen LL, Kerr DS, Wexler ID, Patel MS, De Meirleir L, Lissens W, Chun K (1993). „Mutace a polymorfismy v genu E1 alfa pyruvát dehydrogenázy“. Lidská mutace. 1 (2): 97–102. doi:10.1002 / humu.1380010203. PMID 1301207.
- Brown GK, Otero LJ, LeGris M, Brown RM (listopad 1994). „Nedostatek pyruvátdehydrogenázy“. Journal of Medical Genetics. 31 (11): 875–9. doi:10,1136 / jmg. 31.11.875. PMC 1016663. PMID 7853374.
- Sugden MC, Holness MJ (květen 2003). „Nedávný pokrok v mechanismech regulujících oxidaci glukózy na úrovni komplexu pyruvátdehydrogenázy pomocí PDK“. American Journal of Physiology. Endokrinologie a metabolismus. 284 (5): E855–62. doi:10.1152 / ajpendo.00526.2002. PMID 12676647.
- Dahl HH, Hansen LL, Brown RM, Danks DM, Rogers JG, Brown GK (1993). „Deficit alfa podjednotky E1 pyruvátdehydrogenázy E1 u heterozygotních žen: variabilní projev stejné mutace“. Journal of Inherited Metabolic Disease. 15 (6): 835–47. doi:10.1007 / BF01800219. PMID 1293379.
- Ito M, Huq AH, Naito E, Saijo T, Takeda E, Kuroda Y (1993). „Mutace genu E1 alfa u pacientky s nedostatkem pyruvátdehydrogenázy v důsledku rychlé degradace proteinu E1“. Journal of Inherited Metabolic Disease. 15 (6): 848–56. doi:10.1007 / BF01800220. PMID 1338114.
- De Meirleir L, Lissens W, Vamos E, Liebaers I (březen 1992). „Deficit pyruvátdehydrogenázy (PDH) způsobený mutací inzerce 21bázového páru v podjednotce Al E1“. Genetika člověka. 88 (6): 649–52. doi:10.1007 / BF02265291. PMID 1551669.
- Hansen LL, Brown GK, Kirby DM, Dahl HH (1991). "Charakterizace mutací u tří pacientů s nedostatkem E1 alfa pyruvátdehydrogenázy". Journal of Inherited Metabolic Disease. 14 (2): 140–51. doi:10.1007 / BF01800586. PMID 1909401.
- Koike K, Urata Y, Matsuo S, Koike M (září 1990). "Charakterizace a nukleotidová sekvence genu kódujícího lidskou pyruvátdehydrogenázu alfa-podjednotku". Gen. 93 (2): 307–11. doi:10.1016 / 0378-1119 (90) 90241-I. PMID 2227443.
- Endo H, Hasegawa K, Narisawa K, Tada K, Kagawa Y, Ohta S (březen 1989). „Vadný gen u laktátové acidózy: abnormální alfa podjednotka pyruvátdehydrogenázy E1 způsobená posunem rámce“. American Journal of Human Genetics. 44 (3): 358–64. PMC 1715432. PMID 2537010.
- Brown RM, Dahl HH, Brown GK (únor 1989). "X-chromozomová lokalizace funkčního genu pro E1 alfa podjednotku komplexu lidské pyruvátdehydrogenázy". Genomika. 4 (2): 174–81. doi:10.1016/0888-7543(89)90297-8. PMID 2737678.
- Maragos C, Hutchison WM, Hayasaka K, Brown GK, Dahl HH (červenec 1989). "Strukturální organizace genu pro E1 alfa podjednotku komplexu lidské pyruvátdehydrogenázy". The Journal of Biological Chemistry. 264 (21): 12294–8. PMID 2745444.
- Ho L, Wexler ID, Liu TC, Thekkumkara TJ, Patel MS (červenec 1989). „Charakterizace cDNA kódujících alfa podjednotku lidské pyruvátdehydrogenázy“. Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 86 (14): 5330–4. doi:10.1073 / pnas.86.14.5330. PMC 297615. PMID 2748588.
- De Meirleir L, MacKay N, Lam Hon Wah AM, Robinson BH (únor 1988). "Izolace kompletní komplementární DNA kódující lidskou E1 alfa podjednotku komplexu pyruvátdehydrogenázy". The Journal of Biological Chemistry. 263 (4): 1991–5. PMID 2828359.
- Dahl HH, Hunt SM, Hutchison WM, Brown GK (květen 1987). "Komplex humánní pyruvátdehydrogenázy. Izolace cDNA klonů pro podjednotku alfa E1, sekvenční analýza a charakterizace mRNA". The Journal of Biological Chemistry. 262 (15): 7398–403. PMID 3034892.
- Koike K, Ohta S, Urata Y, Kagawa Y, Koike M (leden 1988). "Klonování a sekvenování cDNA kódujících alfa a beta podjednotky lidské pyruvátdehydrogenázy". Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 85 (1): 41–5. doi:10.1073 / pnas.85.1.41. PMC 279477. PMID 3422424.
- Hansen LL, Horn N, Dahl HH, Kruse TA (červen 1994). "Nedostatek pyruvátdehydrogenázy způsobený duplikací 33 bázových párů v podjednotce alfa PDH E1". Lidská molekulární genetika. 3 (6): 1021–2. doi:10,1093 / hmg / 3,6.1021. PMID 7545958.
- Takakubo F, Cartwright P, Hoogenraad N, Thorburn DR, Collins F, Lithgow T, Dahl HH (říjen 1995). „Aminokyselinová substituce v genu alfa1 pyruvát dehydrogenázy, ovlivňující mitochondriální import prekurzorového proteinu“. American Journal of Human Genetics. 57 (4): 772–80. PMC 1801496. PMID 7573035.
- Hemalatha SG, Kerr DS, Wexler ID, Lusk MM, Kaung M, Du Y, Kolli M, Schelper RL, Patel MS (únor 1995). „Nedostatek komplexu pyruvátdehydrogenázy v důsledku bodové mutace (P188L) ve smyčce vázající thiamin pyrofosfát podjednotky Al“. Lidská molekulární genetika. 4 (2): 315–8. doi:10,1093 / hmg / 4,2,315. PMID 7757088.