کمپلکس پیروات دهیدروژناز چیست؟

2024 نویسنده: Angel Austin | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2023-12-17 05:24

در این مقاله سعی می کنیم به روشی در دسترس توضیح دهیم که کمپلکس پیروات دهیدروژناز چیست و بیوشیمی این فرآیند چیست تا ترکیب آنزیم ها و کوآنزیم ها آشکار شود تا نقش و اهمیت این کمپلکس در طبیعت مشخص شود. و زندگی انسان علاوه بر این، پیامدهای احتمالی نقض هدف عملکردی مجموعه و زمان تجلی آنها مورد توجه قرار خواهد گرفت.

مقدمه ای بر مفهوم

کمپلکس پیروات دهیدروژناز (PDH) یک کمپلکس از نوع پروتئینی است که نقش آن انجام اکسیداسیون پیرووات در نتیجه دکربوکسیلاسیون است. این مجموعه شامل 3 آنزیم و همچنین دو پروتئین لازم برای اجرای عملکردهای کمکی است. برای عملکرد کمپلکس پیروات دهیدروژناز، کوفاکتورهای خاصی باید وجود داشته باشند. پنج مورد از آنها وجود دارد: CoA، نیکوتین آمید آدنین دی نوکلئوتید، فلاوین آدنین دی نوکلئوتید، تیامین پیروفسفات و لیپوات.

محلی سازی PDH در موجودات باکتریایی در سیتوپلاسم متمرکز می شود، سلول های یوکاریوتی آن را ذخیره می کنند.در ماتریس روی میتوکندری.

مرتبط با دکربوکسیلاسیون پیرووات

اهمیت کمپلکس پیروات دهیدروژناز در واکنش اکسیداسیون پیرووات نهفته است. ماهیت این فرآیند را در نظر بگیرید.

مکانیسم اکسیداسیون پیروات تحت تأثیر دکربوکسیلاسیون یک فرآیند بیوشیمیایی است که در آن شکاف مولکول CO₂ در مفرد رخ می دهد و سپس این مولکول به پیروات اضافه می شود، در معرض دکربوکسیلاسیون قرار می گیرد و به کوآنزیم A (CoA) تعلق دارد. به این ترتیب استیل-KoA ایجاد می شود. این پدیده یک مکان میانی بین فرآیندهای گلیکولیز و چرخه اسید تری کربوکسیلیک را اشغال می کند. فرآیند دی کربوکسیلاسیون پیرووات با مشارکت یک MPC پیچیده، که همانطور که قبلا ذکر شد، شامل سه آنزیم و دو پروتئین کمکی است، انجام می‌شود.

نقش کوآنزیم

برای کمپلکس پیروات دهیدروژناز، آنزیم ها نقش مهمی دارند. با این حال، آنها می توانند کار خود را تنها در حضور پنج کوآنزیم یا گروه از نوع مصنوعی که در بالا ذکر شد، شروع کنند. خود این فرآیند در نهایت منجر به این واقعیت می شود که گروه آسیل در CoA-acetyl قرار می گیرد. در مورد کوآنزیم ها، باید بدانید که چهار مورد از آنها متعلق به مشتقات ویتامین هستند: تیامین، ریبوفلاوین، نیاسین و اسید پانتوتنیک.

فلاوینا آدنین دی نوکلئوتید و نیکوتین آمید آدنین دی نوکلئوتید در انتقال الکترون دخیل هستند و تیامین پیروفسفات که برای بسیاری به عنوان معروف است.کوآنزیم پیروات دکربوکسیلیک وارد واکنش های تخمیر می شود.

فعال شدن گروه تیول

کوآنزیم استیلاسیون (A) - حاوی یک گروه تیول (-SH) است که بسیار فعال است، برای CoA حیاتی و ضروری است که به عنوان ماده ای عمل کند که می تواند گروه آسیل را به تیول منتقل کند و تشکیل دهد. تیو اتر استرهای تیول ها (تیو اترها) دارای نرخ نسبتاً بالایی از انرژی هیدرولیز ماهیت آزاد هستند، بنابراین آنها پتانسیل بالایی برای انتقال یک گروه آسیل به انواع مولکول های پذیرنده دارند. به همین دلیل است که استیل CoA به صورت دوره ای CH₃COOH نامیده می شود.

انتقال الکترون

علاوه بر چهار کوفاکتوری که مشتقات ویتامین ها هستند، پنجمین کوفاکتور کمپلکس پیروات دهیدروژناز به نام لیپوات وجود دارد. دارای 2 گروه تیول است که می توانند تحت اکسیداسیون برگشت پذیر قرار گیرند، که منجر به تشکیل یک پیوند دی سولفیدی (-S-S-) می شود، که مشابه نحوه انجام این فرآیند بین اسیدهای آمینه و باقی مانده های سیستئین در پروتئین ها است. توانایی اکسید شدن و بازیابی به لیپوات این توانایی را می دهد که نه تنها حامل گروه آسیل، بلکه همچنین الکترون ها باشد.

کیت آنزیمی

از آنزیم ها، کمپلکس پیروات دهیدروژناز شامل سه جزء اصلی است. اولین آنزیم پیروات دهیدروزناز است (E₁). آنزیم دوم استدی هیدرولیپوئیل دهیدروژناز (E₃). سومین دی هیدرولیپوئیل ترانس استیلاز است (E₂). کمپلکس پیروات دهیدروژناز شامل این آنزیم ها است و آنها را در تعداد زیادی نسخه ذخیره می کند. تعداد کپی های هر آنزیم می تواند متفاوت باشد و بنابراین اندازه کمپلکس می تواند بسیار متفاوت باشد. کمپلکس PDH در پستانداران حدود 50 نانومتر قطر دارد. این قطر 5-6 برابر بزرگتر از قطر ریبوزوم است. چنین کمپلکس‌هایی بسیار بزرگ هستند، بنابراین می‌توان آنها را در میکروسکوپ الکترونی تشخیص داد.

باکتری گرم مثبت استئاروترموفیلوس دارای شصت نسخه مشابه از دی هیدرولیپویل ترانس استیلاز در PDH خود است که به نوبه خود یک دوازده وجهی از نوع پنج ضلعی با قطر تقریباً 25 نانومتر ایجاد می کند. باکتری گرم مثبت اشریشیا کلی حاوی بیست و چهار نسخه از E₂، گربه است. گروه پروتز لیپوات را به خود متصل می کند و با گروه آمینو باقیمانده لیزین موجود در E₂ پیوندی از نوع آمید برقرار می کند.

Dihydrolipoyltransacetylase با برهمکنش 3 دامنه که تفاوت های عملکردی دارند ساخته می شود. اینها عبارتند از: یک دامنه لیپویل آمینوترمینال حاوی باقیمانده لیزین و همراه با لیپوات. دامنه الزام آور (E_1- و E_3-). دامنه آسیل ترانسفراز داخلی، که شامل مراکز آسیل ترانسفراز نوع فعال است.

کمپلکس پیروات دهیدروژناز مخمر فقط یک دامنه از نوع لیپوئیل دارد، پستانداران دارای دو حوزه و باکتری اشریشیا کلی دارای سه دامنه است. توالی پیوند دهنده اسیدهای آمینه که هستنداز بیست تا سی باقی مانده اسید آمینه، E₂ را به اشتراک می گذارد، در حالی که باقی مانده های آلانین و پرولین با بقایای اسید آمینه باردار در هم آمیخته می شوند. این پیوند دهنده ها اغلب دارای اشکال گسترده هستند. این ویژگی بر این واقعیت تأثیر می گذارد که آنها 3 دامنه را به اشتراک می گذارند.

رابطه مبدا

E₁ با TTP با مرکز فعال آن ارتباط برقرار می کند، و مرکز فعال E₃ با FAD ارتباط برقرار می کند. بدن انسان حاوی آنزیم E₁ به شکل تترامر است که از چهار زیر واحد تشکیل شده است: دو E₁آلفا و دو E _{1 بتا. پروتئین های تنظیم کننده به شکل پروتئین کیناز و فسفوپروتئین فسفاتاز ارائه می شوند. این نوع ساختار (E}1_{- E}2_{- E} 3_{) عنصر محافظه کاری در آموزش تکاملی باقی می ماند. کمپلکس‌هایی با ساختار و ساختار مشابه می‌توانند در واکنش‌های متفاوتی با واکنش‌های استاندارد شرکت کنند، به عنوان مثال، زمانی که α-کتوگلوتارات در طول چرخه کربس اکسید می‌شود، اسید α-کتو نیز اکسید می‌شود که به دلیل استفاده از کاتابولیک تشکیل شده است. اسیدهای آمینه شاخه ای: والین، لوسین و ایزولوسین.}

کمپلکس پیروات دهیدروژناز دارای آنزیم E₃ است که در سایر کمپلکس ها نیز یافت می شود. شباهت ساختار پروتئین، کوفاکتورها و همچنین مکانیسم های واکنش نشان دهنده یک منشاء مشترک است. لیپوات به لیزین E₂ متصل می شود و نوعی "دست" ایجاد می شود که می تواند از مرکز فعال E₁ به سمت مراکز فعال E ₂ وE₃، که تقریباً ۵ نانومتر است.

یوکاریوت‌های موجود در کمپلکس پیروات دهیدروژناز حاوی دوازده زیر واحد E3BP هستند (E

3 _{- یک پروتئین اتصال دهنده با ماهیت غیر کاتالیزوری). محل دقیق این پروتئین مشخص نیست. این فرضیه وجود دارد که این پروتئین جایگزین برخی از زیرمجموعه های فرعی می شود. E}2 _{در گاو PDH.}

ارتباط با میکروارگانیسم ها

کمپلکس در نظر گرفته شده در برخی از انواع باکتری های بی هوازی ذاتی است. با این حال، تعداد موجودات باکتریایی که دارای PDH در ساختار خود هستند کم است. توابع انجام شده توسط مجتمع در باکتری ها، به عنوان یک قاعده، به فرآیندهای کلی کاهش می یابد. به عنوان مثال، نقش کمپلکس پیروات دهیدروژناز در باکتری Zymonomonas mobilis تخمیر الکلی است. باکتری پیرووات تا 98 درصد برای چنین اهدافی مصرف می شود. چند درصد باقی مانده به دی اکسید کربن، نیکوتین آمید آدنین دی نوکلئوتید، استیل-CoA و غیره اکسید می شوند. ساختار کمپلکس پیروات دهیدروژناز در Zymomonas mobilis جالب است. این میکروارگانیسم چهار آنزیم دارد: E₁آلفا، E₁بتا، E₂ و E ₃. PDH این باکتری حاوی یک دامنه لیپویل در E₁بتا است که آن را منحصر به فرد می کند. هسته این مجموعه E₂ است و سازماندهی خود مجموعه به شکل یک دوازده وجهی پنج ضلعی است. زایموموناس موبیلیس مجموعه کاملی از آنزیم‌های چرخه اسید تری کربوکسیلیک ندارد و بنابراین PDH آن فقط در عملکردهای آنابولیک درگیر است.

PDH در مرد

انسان، مانند سایر موجودات زنده،دارای ژن های کد کننده PDH است. ژن E₁آلفا - PDHA 1 در کروموزوم X به کمبود PDH موضعی دارد. علائم این بیماری می تواند بسیار متفاوت باشد، از مشکلات خفیف اسیدوز لاکتیک تا ناهنجاری های کشنده در رشد بدن. مردانی که کروموزوم X آنها دارای یک آلل مشابه است، به زودی در سن بسیار پایین خواهند مرد. افراد مونث نیز به این بیماری مبتلا هستند، اما به میزان کمتر، و مشکل خود غیرفعال شدن هر کروموزوم X است.

مشکلات جهش

E₁بتا - PDHB - در کروموزوم سوم قرار دارد. تنها دو آلل از نوع جهش یافته برای این ژن شناخته شده است که به دلیل قرار گرفتن در موقعیت هموزیگوت منجر به یک پیامد کشنده در طول سال می شود که با ناهنجاری همراه است.

احتمالاً آلل های مشابه دیگری وجود دارند که می توانند قبل از رشد کامل ارگانیسم باعث مرگ شوند. E₂ - DLAT - بر روی کروموزوم یازدهم متمرکز شده است. بشر از دو آلل این ژن می‌داند که در آینده مشکلاتی را ایجاد می‌کنند، اما رژیم غذایی مناسب می‌تواند این را جبران کند. احتمال مرگ جنین در داخل رحم به دلیل جهش های دیگر در این ژن زیاد است. E₃ - dld - در کروموزوم هفتم قرار دارد و شامل تعداد زیادی آلل است. کافیدرصد زیادی از آنها منجر به بروز بیماری هایی با ماهیت ژنتیکی می شود که با نقض متابولیسم اسید آمینه همراه خواهد بود.

نتیجه گیری

ما در نظر گرفته‌ایم که کمپلکس پیروات دهیدروژناز چقدر برای موجودات زنده مهم است. واکنش هایی که در آن اتفاق می افتد در درجه اول به منظور دکربوکسیلاسیون پیرووات توسط اکسیداسیون است و PDH خود بسیار تخصصی است، اما تحت شرایط مختلف، با دلایل خاصی، می تواند عملکردهای متفاوتی را نیز انجام دهد، به عنوان مثال، در تخمیر شرکت کند. ما همچنین دریافتیم که کمپلکس‌های نوع پروتئینی که در اکسیداسیون پیروات دخیل هستند از پنج آنزیم تشکیل شده‌اند که تنها در حضور پنج کوفاکتور فعال باقی می‌مانند. هر گونه تغییر در الگوریتم مکانیسم پیچیده دکربوکسیلاسیون می تواند باعث آسیب شناسی جدی و حتی منجر به مرگ فرد شود.