Komplex pyruvátdehydrogenázy - Pyruvate dehydrogenase complex - Wikipedia

Komplex pyruvátdehydrogenázy

Komplex pyruvátdehydrogenázy (PDC) je komplex tří enzymy který převádí pyruvát do acetyl-CoA procesem zvaným dekarboxylace pyruvátu.[1] Acetyl-CoA pak může být použit v cyklus kyseliny citronové provést buněčné dýchání a tento komplex spojuje glykolýza metabolická cesta do cyklus kyseliny citronové. Dekarboxylace pyruvátu je také známá jako „reakce pyruvátdehydrogenázy“, protože zahrnuje také oxidaci pyruvátu.[2]

Tento multienzymový komplex je strukturálně a funkčně příbuzný s oxoglutarát dehydrogenáza a multi-enzym s oxo-kyselinou dehydrogenázou s rozvětveným řetězcem komplexy.

Reakce

Reakce katalyzovaná komplexem pyruvátdehydrogenázy je:

pyruvátkomplex pyruvátdehydrogenázyacetyl CoA
Pyruvát wpmp.png Acetyl co-A wpmp.png
CoA-SH + NAD+CO2 + NADH + H+
Biochemická reakce šipka vpřed YYNN horizon med.svg
 
 


Struktura

EnzymyZkratka.Kofaktory# podjednotek prokaryot# podjednotky eukaryot
pyruvátdehydrogenáza
(ES 1.2.4.1 )		E1TPP (thiaminpyrofosfát)2430
dihydrolipoyl transacetyláza
(ES 2.3.1.12 )		E2lipoát
koenzym A		2460
dihydrolipoyl dehydrogenáza
(ES 1.8.1.4 )		E3FAD
NAD+		1212
Mechanismus PDC s pyruvátem (R = H)

Pyruvátdehydrogenáza (E1)

Hlavní článek: Pyruvátdehydrogenáza

Zpočátku, pyruvát a thiamin pyrofosfát (TPP nebo vitamin B1 ) jsou vázáni pyruvátdehydrogenáza podjednotky.[1] The thiazolium kruh TPP je v zwitterionický forma a aniontový Uhlík C2 provádí nukleofilní útok na C2 (keton) karbonyl pyruvátu. Výsledný hemithioacetal prochází dekarboxylace za vzniku ekvivalentu acylového aniontu (viz kyanohydrin nebo aldehyd-dithian umpolung chemie, stejně jako kondenzace benzoinu ). Tento anion napadá S1 oxidovaných lipoátových druhů, které jsou připojeny k a lysin zbytek. V kruhu otevírajícím S.N2-podobný mechanismus, S2 je nahrazen jako sulfidová nebo sulfhydrylová část. Následný kolaps čtyřstěnného hemithioacetalu vylučuje thiazol, uvolňuje kofaktor TPP a generuje thioacetát na S1 lipoátu. Proces katalyzovaný E1 je krokem omezujícím rychlost celého komplexu pyruvátdehydrogenázy.

Dihydrolipoyl transacetyláza (E2)

V tomto bodě je funkce lipoát-thioester přemístěna do dihydrolipoyl transacetyláza (E2) aktivní stránka,[1] kde transacylační reakce přenáší acetyl z „kyvného ramene“ lipoylu na thiol z koenzym A. To produkuje acetyl-CoA, který se uvolňuje z komplexu enzymů a následně vstupuje do cyklus kyseliny citronové. E2 může být také známý jako lipoamid reduktáza-transacetyláza.

Dihydrolipoyl dehydrogenáza (E3)

The dihydrolipoát, stále vázán na lysinový zbytek komplexu, pak migruje do dihydrolipoyl dehydrogenáza (E3) aktivní stránka,[1] kde prochází a flavin zprostředkovaná oxidace, chemicky identická s disulfid izomeráza. Za prvé, FAD oxiduje dihydrolipoát zpět do klidového stavu lipoátu a produkuje FADH2. Pak NAD+ kofaktor oxiduje FADH2 zpět do klidového stavu FAD, produkující NADH.

Strukturální rozdíly mezi druhy

PDC je velký komplex složený z několika kopií 3 nebo 4 podjednotek v závislosti na druhu.

Gramnegativní bakterie

v Gramnegativní bakterie, např. Escherichia coli, PDC se skládá z centrálního kubického jádra tvořeného 24 molekulami dihydrolipoyl transacetyláza (E2). Až 24 kopií pyruvátdehydrogenáza (E1) a 12 molekul dihydrolipoyl dehydrogenáza (E3) se váže na vnější stranu jádra E2.[3]

Grampozitivní bakterie a eukaryoty

Naproti tomu v Grampozitivní bakterie (např. Bacillus stearothermophilus ) a eukaryoty, centrální jádro PDC obsahuje 60 molekul E2 uspořádaných do ikosahedronu.

Eukaryota také obsahují 12 kopií dalšího jádrového proteinu, E3 vazebný protein (E3BP). Přesné umístění E3BP není zcela jasné. Kryoelektronová mikroskopie prokázala, že E3BP se váže na každou z ikosahedrálních ploch v kvasinkách.[4] Bylo však navrženo, že nahrazuje ekvivalentní počet molekul E2 v bovinním jádru PDC.

Až 60 molekul E1 nebo E3 se může spojit s jádrem E2 z grampozitivních bakterií - vazba se vzájemně vylučuje. V eukaryotech je E1 specificky vázán E2, zatímco E3 se asociuje s E3BP. Předpokládá se, že je přítomno až 30 enzymů E1 a 6 E3, ačkoli přesný počet molekul se může lišit in vivo a často odráží metabolické požadavky dané tkáně.

Nařízení

Pyruvátdehydrogenáza je inhibována, když je zvýšen jeden nebo více ze tří následujících poměrů: ATP /ADP, NADH / NAD+ a acetyl-CoA /CoA.

U eukaryot je PDC přísně regulován svými vlastními specifiky pyruvátdehydrogenáza kináza (PDK) a pyruvátdehydrogenáza fosfatáza (PDP), deaktivuje a aktivuje.[5]

  • PDK fosforyláty tři konkrétní serin zbytky na E1 s různými afinitami. Fosforylace kteréhokoli z nich (pomocí ATP ) deaktivuje E1 (a následně celý komplex).[5]
  • Defosforylace E1 PDP obnovuje složitou aktivitu.[5]

Produkty reakce působí jako alosterické inhibitory PDC, protože aktivují PDK. Substráty zase inhibují PDK a reaktivují PDC.

V době hladovění, PDK zvyšuje množství ve většině tkání, včetně kosterní sval, přes zvýšil genová transkripce. Za stejných podmínek množství PDP klesá. Výsledná inhibice PDC zabraňuje tomu, aby svaly a jiné tkáně katabolizovaly glukózu a glukoneogeneze prekurzory. Metabolismus se posouvá směrem k využití tuku, zatímco rozpad svalových bílkovin pro dodávání prekurzorů glukoneogeneze je minimalizován a dostupná glukóza je ušetřena pro použití mozek.

Vápník ionty mají roli v regulaci PDC ve svalové tkáni, protože stimuluje PDP glykolýza o jeho uvolňování do cytosolu - během svalová kontrakce. Některé produkty těchto transkripcí uvolňují H2 do svalů. To může způsobit, že se ionty vápníku časem rozpadají.

Lokalizace dekarboxylace pyruvátu

v eukaryotický buňky dekarboxylace pyruvátu se vyskytuje uvnitř mitochondriální matrice po transportu substrátu, pyruvátu, z cytosol. Transport pyruvátu do mitochondrií probíhá prostřednictvím transportní protein pyruvát translocase. Translokáza pyruvátu transportuje pyruvát symportálním způsobem s protonem, a proto je aktivní, náročné energie.[Citace je zapotřebí ]. Alternativní zdroje říkají, že „transport pyruvátu přes vnější mitochondriální membránu se zdá být snadno dosažitelný pomocí velkých neselektivních kanálů, jako je aniontové kanály závislé na napětí, které umožňují pasivní difúzi "a transport přes vnitřní mitochondriální membránu je zprostředkován mitochondriálním pyruvátovým nosičem 1 (MPC1) a nosič mitochondriálního pyruvátu 2 (MPC2) [6].

Po vstupu do mitochondrií je pyruvát dekarboxylován za vzniku acetyl-CoA. Tato nevratná reakce zachycuje acetyl-CoA v mitochondriích (acetyl-CoA může být transportován z mitochondriální matrice pouze za podmínek vysokého oxaloacetátu přes citrátový člun, což je TCA meziprodukt, který je obvykle řídký). Oxid uhličitý produkovaný touto reakcí je nepolární a malé a mohou difundovat z mitochondrií a ven z buňky.

v prokaryoty, které nemají mitochondrie, se tato reakce provádí buď v cytosolu, nebo vůbec.

Klinický význam

Nedostatek pyruvátdehydrogenázy může být výsledkem mutací kteréhokoli z enzymů nebo kofaktorů. Jeho primární klinický nález je laktátová acidóza.[7]

Viz také

Reference

  1. ^ A b C d DeBrosse, Suzanne D .; Kerr, Douglas S. (01.01.2016), Saneto, Russell P .; Parikh, Sumit; Cohen, Bruce H. (eds.), „Kapitola 12 - Nedostatek komplexu pyruvátdehydrogenázy“, Mitochondriální případové studie, Boston: Academic Press, s. 93–101, doi:10.1016 / b978-0-12-800877-5.00012-7, ISBN  978-0-12-800877-5, vyvoláno 2020-11-16
  2. ^ J. M. Berg; J. L. Tymoczko, L. Stryer (2007). Biochemie (6. vyd.). Freemane. ISBN  978-0-7167-8724-2.CS1 maint: více jmen: seznam autorů (odkaz)
  3. ^ Izard T, Aevarsson A, Allen MD, Westphal AH, Perham RN, de Kok A, Hol WG (1999). „Zásady kvaziekvivalence a euklidovské geometrie řídí sestavu kubických a dodekaedrických jader komplexů pyruvát-dehydrogenázy“. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 96 (4): 1240–1245. Bibcode:1999PNAS ... 96.1240I. doi:10.1073 / pnas.96.4.1240. PMC  15447. PMID  9990008. [1]
  4. ^ Stoops, JK, Cheng, RH, Yazdi, MA, Maeng, CY, Schroeter, JP, Klueppelberg, U., Kolodziej, SJ, Baker, TS, Reed, LJ (1997) O jedinečné strukturální organizaci Saccharomyces cerevisiae pyruvát dehydrogenázy komplex. J. Biol. Chem. 272, 5757-5764.
  5. ^ A b C Pelley, John W. (01.01.2012), Pelley, John W. (ed.), „6 - Glykolýza a oxidace pyruvátu“, Elsevier's Integrated Review Biochemistry (druhé vydání), Filadelfie: W.B. Saunders, str. 49–55, doi:10.1016 / b978-0-323-07446-9.00006-4, ISBN  978-0-323-07446-9, vyvoláno 2020-11-16
  6. ^ Rutter, Jared (23. ledna 2013). "Dlouhá a klikatá cesta k nosiči mitochondriálního pyruvátu". Rakovina a metabolismus. doi:10.1186/2049-3002-1-6. PMID  24280073.
  7. ^ „Nedostatek pyruvátdehydrogenázy“. Genetická domácí reference. Citováno 17. března 2013.

externí odkazy

3D struktury

Glykolýza metabolická cesta