In diesem Artikel werden wir versuchen, auf zugängliche Weise zu erklären, was der Pyruvat-Dehydrogenase-Komplex und die Biochemie des Prozesses ist, um die Zusammensetzung von Enzymen und Coenzymen aufzudecken, um die Rolle und Bedeutung dieses Komplexes in der Natur aufzuzeigen und Menschenleben. Darüber hinaus werden mögliche Folgen der Verletzung des funktionalen Zwecks des Komplexes und der Zeitpunkt ihrer Manifestation berücksichtigt.
Einführung in das Konzept
Pyruvat-Dehydrogenase-Komplex (PDH) ist ein proteinartiger Komplex, dessen Aufgabe es ist, die Oxidation von Pyruvat als Ergebnis der Decarboxylierung durchzuführen. Dieser Komplex enthält 3 Enzyme sowie zwei Proteine, die für die Umsetzung von Hilfsfunktionen notwendig sind. Damit der Pyruvat-Dehydrogenase-Komplex funktioniert, müssen bestimmte Cofaktoren vorhanden sein. Es gibt fünf davon: CoA, Nicotinamid-Adenin-Dinukleotid, Flavin-Adenin-Dinukleotid, Thiamin-Pyrophosphat und Lipoat.
Die Lokalisierung von PDH in bakteriellen Organismen konzentriert sich auf das Zytoplasma, eukaryotische Zellen speichern esin der Matrix auf Mitochondrien.
Assoziiert mit Pyruvat-Decarboxylierung
Die Bedeutung des Pyruvat-Dehydrogenase-Komplexes liegt in der Oxidationsreaktion von Pyruvat. Betrachten Sie die Essenz dieses Prozesses.
Der Mechanismus der Pyruvat-Oxidation unter dem Einfluss der Decarboxylierung ist ein Prozess biochemischer Natur, bei dem die Sp altung des CO2-Moleküls im Singular erfolgt, und dann dies Molekül wird an Pyruvat angefügt, einer Decarboxylierung unterzogen und gehört zu Coenzym A (CoA). So entsteht Acetyl-KoA. Dieses Phänomen nimmt eine Zwischenstellung zwischen den Prozessen der Glykolyse und dem Tricarbonsäurezyklus ein. Der Prozess der Pyruvat-Dicarboxylierung wird unter Beteiligung eines komplexen MPC durchgeführt, der, wie bereits erwähnt, drei Enzyme und zwei Hilfsproteine umfasst.
Die Rolle von Coenzymen
Für den Pyruvat-Dehydrogenase-Komplex spielen Enzyme eine entscheidende Rolle. Sie können ihre Arbeit jedoch nur in Anwesenheit von fünf Coenzymen oder Gruppen des oben aufgeführten prothetischen Typs beginnen. Der Prozess selbst wird schließlich dazu führen, dass die Acylgruppe in das CoA-Acetyl aufgenommen wird. Apropos Coenzyme, Sie müssen wissen, dass vier davon zu Vitaminderivaten gehören: Thiamin, Riboflavin, Niacin und Pantothensäure.
Flavina-Adenin-Dinukleotid und Nicotinamid-Adenin-Dinukleotid sind an der Elektronenübertragung beteiligt, und Thiaminpyrophosphat, vielen bekannt alsPyruvat-Decarboxyl-Coenzym, geht in Fermentationsreaktionen ein.
Aktivierung der Thiolgruppe
Acetylierungs-Coenzym (A) - enthält eine Gruppe vom Thiol-Typ (-SH), die sehr aktiv ist, es ist entscheidend und notwendig, dass CoA als Substanz fungiert, die die Acylgruppe auf das Thiol übertragen und bilden kann Thioether. Ester von Thiolen (Thioether) haben eine ziemlich hohe Rate an Hydrolyseenergie freier Natur, daher haben sie ein hohes Potenzial zur Übertragung einer Acylgruppe auf eine Vielzahl von Akzeptormolekülen. Aus diesem Grund wird Acetyl-CoA regelmäßig als aktiviertes CH3COOH bezeichnet.
Elektronentransfer
Zusätzlich zu den vier Cofaktoren, die Derivate von Vitaminen sind, gibt es einen 5. Cofaktor des Pyruvat-Dehydrogenase-Komplexes, genannt Lipoat. Es hat 2 thiolartige Gruppen, die einer reversiblen Oxidation unterzogen werden können, was zur Bildung einer Disulfidbindung (-S-S-) führt, ähnlich wie dieser Prozess zwischen Aminosäuren und Cysteinresten in Proteinen abläuft. Die Fähigkeit zu oxidieren und sich zu erholen gibt dem Lipoat die Fähigkeit, nicht nur Träger der Acylgruppe, sondern auch von Elektronen zu sein.
Enzymatisches Kit
Von den Enzymen umfasst der Pyruvat-Dehydrogenase-Komplex drei Hauptkomponenten. Das erste Enzym ist die Pyruvat-Dehydrosenase (E1). Das zweite Enzym istDihydrolipoyldehydrogenase (E3). Die dritte ist Dihydrolipoyltransacetylase (E2). Der Pyruvat-Dehydrogenase-Komplex enthält diese Enzyme und speichert sie in einer großen Anzahl von Kopien. Die Anzahl der Kopien jedes Enzyms kann unterschiedlich sein, und daher kann die Größe des Komplexes stark variieren. Der PDH-Komplex in Säugetieren hat einen Durchmesser von etwa 50 Nanometern. Dies ist 5-6 mal größer als der Durchmesser des Ribosoms. Solche Komplexe sind sehr groß, sodass sie im Elektronenmikroskop unterschieden werden können.
Das grampositive Bacillus stearothermophilus-Bakterium hat sechzig identische Kopien der Dihydrolipoyl-Transacetylase in seiner PDH, die wiederum einen fünfeckigen Dodekaeder mit einem Durchmesser von etwa 25 Nanometern bilden. Das grampositive Bakterium Escherichia coli enthält vierundzwanzig Kopien von E2, cat. bindet die prosthetische Gruppe des Lipoats an sich selbst und baut eine amidartige Bindung mit der Aminogruppe des Lysinrests auf, der in E2.
enth alten ist
Dihydrolipoyltransacetylase wird durch die Interaktion von 3 Domänen aufgebaut, die funktionelle Unterschiede aufweisen. Diese sind: eine aminoterminale Lipoyldomäne, die einen Lysinrest enthält und mit einem Lipoat assoziiert ist; Bindungsdomäne (zentrales E1- und E3-); interne Acyltransferase-Domäne, die Acyltransferase-Zentren vom aktiven Typ umfasst.
Der Hefe-Pyruvat-Dehydrogenase-Komplex hat nur eine Domäne vom Lipoyl-Typ, Säugetiere haben zwei solche Domänen und das Bakterium Escherichia coli hat drei. Die Linker-Sequenz von Aminosäuren, die sindvon zwanzig bis dreißig Aminosäureresten teilt E2, während Alanin- und Prolinreste mit geladenen Aminosäureresten durchsetzt sind. Diese Linker haben meistens ausgedehnte Formen. Diese Funktion wirkt sich darauf aus, dass sie sich 3 Domains teilen.
Herkunftsbeziehung
E1 baut eine Verbindung mit dem TTP mit seinem aktiven Zentrum auf, und das aktive Zentrum E3 baut eine Verbindung mit FAD auf. Der menschliche Körper enthält das Enzym E1 in Form eines Tetramers, das aus vier Untereinheiten besteht: zwei E1alpha und zwei E 1 beta. Regulatorische Proteine werden in Form von Proteinkinase und Phosphoproteinphosphatase präsentiert. Dieser Strukturtyp (E1- E2- E 3) bleibt ein Element des Konservatismus in der Evolutionslehre. Komplexe mit ähnlicher Struktur und Struktur können an einer Vielzahl von Reaktionen teilnehmen, die sich von den Standardreaktionen unterscheiden. Wenn beispielsweise α-Ketoglutarat während des Krebszyklus oxidiert wird, wird auch α-Ketosäure oxidiert, die aufgrund der katabolischen Verwertung gebildet wurde von verzweigten Aminosäuren: Valin, Leucin und Isoleucin.
Der Pyruvat-Dehydrogenase-Komplex enthält das Enzym E3, das auch in anderen Komplexen vorkommt. Die Ähnlichkeit von Proteinstruktur, Cofaktoren und auch Reaktionsmechanismen weist auf einen gemeinsamen Ursprung hin. Das Lipoat wird an das Lysin E2 gebunden und es entsteht eine Art „Hand“, die sich vom aktiven Zentrum E1 zum bewegen kann aktive Zentren E 2 undE3, was etwa 5 sm entspricht.
Eukaryoten im Pyruvat-Dehydrogenase-Komplex enth alten zwölf Untereinheiten von E3BP (E3 – ein Bindungsprotein nicht-katalytischer Natur). Die genaue Position dieses Proteins ist nicht bekannt. Es gibt eine Hypothese, dass dieses Protein eine Untergruppe von subed ersetzt. E2 bei Kuh-PDH.
Kommunikation mit Mikroorganismen
Der betrachtete Komplex ist einigen Arten anaerober Bakterien eigen. Die Zahl der Bakterienorganismen, die PDH in ihrer Struktur aufweisen, ist jedoch gering. Die Funktionen, die der Komplex in Bakterien ausübt, werden in der Regel auf allgemeine Prozesse reduziert. Beispielsweise ist die Rolle des Pyruvat-Dehydrogenase-Komplexes im Bakterium Zymonomonas mobilis die alkoholische Gärung. Für solche Zwecke werden Pyruvatbakterien in einer Menge von bis zu 98 % verbraucht. Die restlichen wenigen Prozent werden zu Kohlendioxid, Nicotinamid-Adenin-Dinukleotid, Acetyl-CoA usw. oxidiert. Interessant ist die Struktur des Pyruvat-Dehydrogenase-Komplexes in Zymomonas mobilis. Dieser Mikroorganismus hat vier Enzyme: E1alpha, E1beta, E2 und E 3. Die PDH dieses Bakteriums enthält eine Lipoyldomäne innerhalb von E1beta, was es einzigartig macht. Der Kern des Komplexes ist E2, und die Organisation des Komplexes selbst nimmt die Form eines fünfeckigen Dodekaeders an. Zymomonas mobilis verfügt nicht über eine ganze Reihe von Enzymen des Tricarbonsäurezyklus, weshalb seine PDH nur anabole Funktionen hat.
PDH beim Mann
Der Mensch, wie andere lebende Organismen,hat Gene, die PDH codieren. Das Gen E1alpha – PDHA 1 ist auf dem X-Chromosom lokalisiert. Die Symptome der Krankheit können sehr unterschiedlich sein, von leichten Laktatazidose-Problemen bis hin zu tödlichen Fehlbildungen in der Entwicklung des Körpers. Männer, deren X-Chromosom ein ähnliches Allel enthält, werden bald in sehr jungen Jahren sterben. Frauen sind ebenfalls von dieser Krankheit betroffen, jedoch in geringerem Ausmaß, und das Problem selbst ist die Inaktivierung eines beliebigen X-Chromosoms.
Mutationsprobleme
E1beta - PDHB - befindet sich auf dem dritten Chromosom. Für dieses Gen sind nur zwei Allele des mutanten Typs bekannt, die in homozygoter Position ganzjährig zu einem letalen Ausgang führen, der mit Fehlbildungen einhergeht.
Wahrscheinlich gibt es andere ähnliche Allele, die vor der vollen Entwicklung des Organismus zum Tod führen können. E2 - DLAT - konzentriert auf das elfte Chromosom. Die Menschheit kennt zwei Allele dieses Gens, die in Zukunft Probleme bereiten werden, aber die richtige Ernährung kann dies ausgleichen. Es besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass der Fötus aufgrund anderer Mutationen in diesem Gen im Mutterleib stirbt. E3 - dld - befindet sich auf dem siebten Chromosom und umfasst eine große Anzahl von Allelen. GenügendEin großer Prozentsatz von ihnen führt zum Auftreten von Krankheiten genetischer Natur, die mit einer Verletzung des Aminosäurestoffwechsels verbunden sind.
Schlussfolgerung
Wir haben uns überlegt, wie wichtig der Pyruvat-Dehydrogenase-Komplex für lebende Organismen ist. Die darin ablaufenden Reaktionen zielen in erster Linie auf die Decarboxylierung von Pyruvat durch Oxidation ab, und PDH selbst ist hochspezialisiert, kann aber unter anderen Bedingungen aus bestimmten Gründen auch Funktionen anderer Art übernehmen, beispielsweise an der Fermentation teilnehmen. Wir fanden auch heraus, dass proteinartige Komplexe, die an der Pyruvatoxidation beteiligt sind, aus fünf Enzymen bestehen, die nur in Gegenwart von fünf Cofaktoren funktionsfähig bleiben. Jede Änderung des Algorithmus des komplexen Mechanismus der Decarboxylierung kann schwerwiegende Pathologien verursachen und sogar zum Tod des Individuums führen.
