Katika makala hii tutajaribu kueleza kwa njia inayoweza kupatikana ni nini tata ya pyruvate dehydrogenase na biokemia ya mchakato huo, ili kufichua muundo wa vimeng'enya na coenzymes, kuashiria jukumu na umuhimu wa tata hii katika asili. na maisha ya mwanadamu. Kwa kuongeza, matokeo ya uwezekano wa ukiukaji wa madhumuni ya kazi ya tata na wakati wa udhihirisho wao utazingatiwa.
Utangulizi wa dhana
Pyruvate dehydrogenase complex (PDH) ni changamano aina ya protini ambayo jukumu lake ni kutekeleza uoksidishaji wa pyruvati kutokana na decarboxylation. Ngumu hii ina enzymes 3, pamoja na protini mbili muhimu kwa utekelezaji wa kazi za msaidizi. Ili tata ya pyruvate dehydrogenase ifanye kazi, viambajengo fulani lazima viwepo. Kuna tano kati yake: CoA, nikotinamide adenine dinucleotide, flavin adenine dinucleotide, thiamine pyrofosfati na lipoate.
Ujanibishaji wa PDH katika viumbe vya bakteria hujilimbikizia kwenye saitoplazimu, seli za yukariyoti huihifadhi.kwenye tumbo kwenye mitochondria.
Inahusishwa na pyruvate decarboxylation
Umuhimu wa changamano ya pyruvate dehydrogenase upo katika mmenyuko wa oksidi wa pyruvati. Zingatia kiini cha mchakato huu.
Utaratibu wa oxidation ya pyruvate chini ya ushawishi wa decarboxylation ni mchakato wa asili ya biokemikali, ambapo kupasuka kwa CO2 molekuli katika umoja hutokea, na kisha hii. molekuli huongezwa kwa pyruvate, inakabiliwa na decarboxylation na mali ya coenzyme A (CoA). Hivi ndivyo acetyl-KoA inavyoundwa. Jambo hili linachukua nafasi ya kati kati ya michakato ya glycolysis na mzunguko wa asidi ya tricarboxylic. Mchakato wa dicarboxylation ya pyruvate unafanywa kwa ushiriki wa MPC changamano, ambayo, kama ilivyotajwa hapo awali, inajumuisha vimeng'enya vitatu na protini mbili za ziada.
Jukumu la vimeng'enya
Kwa mchanganyiko wa pyruvate dehydrogenase, vimeng'enya vina jukumu muhimu. Hata hivyo, wanaweza kuanza kazi yao tu mbele ya coenzymes tano au makundi ya aina ya prosthetic ambayo yameorodheshwa hapo juu. Mchakato yenyewe hatimaye utasababisha ukweli kwamba kikundi cha acyl kitajumuishwa katika CoA-acetyl. Akizungumzia coenzymes, unahitaji kujua kwamba nne kati yao ni za derivatives ya vitamini: thiamine, riboflauini, niasini na asidi ya pantotheni.
Flavina adenine dinucleotide na nicotinamide adenine dinucleotide zinahusika katika uhamisho wa elektroni, na thiamine pyrofosfati, inayojulikana kwa wengi kamapyruvate decarboxylic coenzyme, huingia kwenye miitikio ya uchachishaji.
Uwezeshaji wa kikundi cha thiol
Coenzyme ya Acetylation (A) - ina kikundi cha aina ya thiol (-SH), ambacho hufanya kazi sana, ni muhimu na muhimu kwa CoA kufanya kazi kama dutu inayoweza kuhamisha kikundi cha asili hadi kwenye thiol na kuunda. thioether. Esta za thiols (thioethers) zina kiwango cha juu cha nishati ya hidrolisisi ya asili ya bure, kwa hivyo wana uwezo mkubwa wa kuhamisha kikundi cha acyl kwa molekuli anuwai za kukubali. Ndiyo maana acetyl CoA inaitwa mara kwa mara CH3COOH.
Uhamisho wa kielektroniki
Mbali na viambajengo vinne ambavyo ni derivatives ya vitamini, kuna cofactor ya 5 ya pyruvate dehydrogenase complex, inayoitwa lipoate. Ina vikundi 2 vya aina ya thiol ambavyo vinaweza kupitia oksidi inayoweza kubadilishwa, ambayo husababisha kuundwa kwa dhamana ya disulfide (-S-S-), ambayo ni sawa na jinsi mchakato huu unavyoendelea kati ya amino asidi na mabaki ya cysteine katika protini. Uwezo wa kuongeza oksidi na kupona huipa lipoate uwezo wa kuwa mtoa huduma sio tu wa kundi la acyl, bali pia wa elektroni.
Kiti ya Enzymatic
Kati ya vimeng'enya, changamano ya pyruvate dehydrogenase inajumuisha viambajengo vitatu kuu. Kimeng'enya cha kwanza ni pyruvate dehydrosenase (E1). Enzyme ya pili nidihydrolipoyl dehydrogenase (E3). Ya tatu ni dihydrolipoyltransacetylase (E2). Mchanganyiko wa pyruvate dehydrogenase ni pamoja na enzymes hizi, kuzihifadhi kwa idadi kubwa ya nakala. Idadi ya nakala za kila enzyme inaweza kuwa tofauti, na kwa hiyo ukubwa wa tata inaweza kutofautiana sana. Mchanganyiko wa PDH katika mamalia ni karibu nanomita 50 kwa kipenyo. Hii ni mara 5-6 kubwa kuliko kipenyo cha ribosome. Miundo kama hii ni kubwa sana, kwa hivyo inaweza kutofautishwa kwa darubini ya elektroni.
Bakteria ya bacillus stearothermophilus ya gram-chanya ina nakala sitini zinazofanana za dihydrolipoyl transacetylase katika PDH yake, ambayo nayo huunda dodecahedron ya aina ya pentagonal takribani nanomita 25 kwa kipenyo. Bakteria ya gram-positive Escherichia coli ina nakala ishirini na nne za E2, paka. hushikamanisha kikundi bandia cha lipoate yenyewe, na huanzisha uhusiano wa aina ya amide na kikundi cha amino cha mabaki ya lisini kilichojumuishwa katika E2.
Dihydrolipoyltransacetylase hujengwa kwa mwingiliano wa vikoa 3 ambavyo vina tofauti za kiutendaji. Hizi ni: kikoa cha aminoterminal lipoyl kilicho na mabaki ya lysine na kuhusishwa na lipoate; kikoa cha kuunganisha (katikati E1- na E3-); kikoa cha ndani cha acyltransferase, ambacho kinajumuisha vituo amilifu vya aina ya acyltransferase.
Changamani ya chachu ya pyruvate dehydrogenase ina kikoa kimoja tu cha aina ya lipoyl, mamalia wana vikoa viwili kama hivyo, na bakteria Escherichia coli ina tatu. Mlolongo wa kiunganishi wa asidi ya amino ambayo niya mabaki ishirini hadi thelathini ya asidi ya amino, inashiriki E2, huku mabaki ya alanine na prolini yakichanganyika na mabaki ya asidi ya amino ambayo yanachajiwa. Viunga hivi mara nyingi huwa na maumbo yaliyopanuliwa. Kipengele hiki kinaathiri ukweli kwamba wanashiriki vikoa 3.
Uhusiano wa Asili
E1 huanzisha muunganisho na TTP na kituo chake amilifu, na kituo amilifu E3 huanzisha muunganisho na FAD. Mwili wa binadamu una kimeng'enya E1 katika umbo la tetrameri, ambacho kinajumuisha vijisehemu vinne: viwili E1alpha na E 1 beta. Protini za udhibiti zinawasilishwa kwa namna ya protini kinase na phosphoprotein phosphatase. Aina hii ya muundo (E1- E2-- E 3) inasalia kuwa kipengele cha uhafidhina katika mafundisho ya mageuzi. Ngumu zilizo na muundo na muundo sawa zinaweza kushiriki katika athari tofauti ambazo hutofautiana na zile za kawaida, kwa mfano, wakati α-ketoglutarate inapooksidishwa wakati wa mzunguko wa Krebs, asidi ya α-keto pia hutiwa oksidi, ambayo iliundwa kwa sababu ya utumiaji wa catabolic. ya amino asidi ya aina yenye matawi: valine, leucine na isoleusini.
Piruvate dehydrogenase ina kimeng'enya E3, ambacho kinapatikana pia katika changamano zingine. Kufanana kwa muundo wa protini, cofactors na pia mifumo ya athari inaashiria asili ya kawaida. Lipoate imeambatanishwa na lysine E2, na aina ya “mkono” huundwa ambao unaweza kusonga kutoka kituo kinachofanya kazi E1 hadi vituo amilifu E 2 naE3, ambayo ni takriban nm 5.
Eukaryoti katika changamano ya pyruvate dehydrogenase ina viini vidogo kumi na viwili vya E3BP (E3 – protini inayounganisha ya asili isiyo ya kichocheo). Mahali halisi ya protini hii haijulikani. Kuna dhana kwamba protini hii inachukua nafasi ya sehemu ndogo ya subed. E2 katika PDH ya ng'ombe.
Mawasiliano na vijidudu
Changamano kinachozingatiwa kinapatikana katika baadhi ya aina za bakteria ya anaerobic. Hata hivyo, idadi ya viumbe vya bakteria ambavyo vina PDH katika muundo wao ni ndogo. Kazi zinazofanywa na tata katika bakteria, kama sheria, hupunguzwa kwa michakato ya jumla. Kwa mfano, jukumu la tata ya pyruvate dehydrogenase katika bakteria ya Zymonomonas mobilis ni uchachushaji wa kileo. Bakteria ya pyruvate kwa kiasi cha hadi 98% itatumika kwa madhumuni hayo. Asilimia chache iliyobaki hutiwa oksidi hadi kaboni dioksidi, nikotinamidi adenine dinucleotide, asetili-CoA, n.k. Muundo wa pyruvate dehydrogenase changamano katika Zymomonas mobilis unavutia. Microorganism hii ina vimeng'enya vinne: E1alpha, E1beta, E2 na E 3. PDH ya bakteria hii ina kikoa cha lipoyl ndani ya E1beta, ambayo inafanya kuwa ya kipekee. Msingi wa changamano ni E2, na mpangilio wa changamano yenyewe huchukua fomu ya dodecahedron ya pentagonal. Zymomonas mobilis haina mfululizo mzima wa vimeng'enya vya mzunguko wa asidi ya tricarboxylic, na kwa hivyo PDH yake inahusika tu na kazi za anabolic.
PDH ndani ya mtu
Mwanadamu, kama viumbe hai vingine,ina jeni za usimbaji PDH. Jeni E1alpha – PDHA 1 imejanibishwa kwenye kromosomu ya X. hadi upungufu wa PDH. Dalili za ugonjwa huo zinaweza kutofautiana sana kutoka kwa matatizo ya lactic acidosis kwa uharibifu mbaya katika maendeleo ya mwili. Wanaume ambao chromosome ya X inajumuisha aleli sawa watakufa hivi karibuni katika umri mdogo sana. Wanawake pia huathiriwa na ugonjwa huu, lakini kwa kiasi kidogo, na tatizo lenyewe ni kutofanya kazi kwa kromosomu yoyote ya X.
Matatizo ya mabadiliko
E1beta - PDHB - iko kwenye kromosomu ya tatu. Aleli mbili tu za aina inayobadilika hujulikana kwa jeni hii, ambayo, ikiwa katika nafasi ya homozygous, husababisha matokeo mabaya mwaka mzima, ambayo yanahusishwa na ulemavu.
Pengine kuna aleli zingine zinazofanana ambazo zinaweza kusababisha kifo kabla ya ukuaji kamili wa kiumbe. E2 - DLAT - ilijikita kwenye kromosomu ya kumi na moja. Mwanadamu anajua juu ya aleli mbili za jeni hili ambazo zitaleta shida katika siku zijazo, lakini lishe sahihi inaweza kufidia hii. Kuna uwezekano mkubwa kwamba fetasi itakufa ndani ya tumbo la uzazi kutokana na mabadiliko mengine katika jeni hili. E3 - dld - iko kwenye kromosomu ya saba na inajumuisha idadi kubwa ya aleli. Inatoshaasilimia kubwa yao husababisha kutokea kwa magonjwa ya asili ya kijeni, ambayo yatahusishwa na ukiukaji wa kimetaboliki ya amino asidi.
Hitimisho
Tumezingatia umuhimu wa pyruvate dehydrogenase complex kwa viumbe hai. Athari zinazotokea ndani yake zinalenga hasa decarboxylation ya pyruvate na oxidation, na PDH yenyewe ni maalum sana, lakini chini ya hali tofauti, kwa sababu fulani, inaweza pia kufanya kazi za asili tofauti, kwa mfano, kushiriki katika fermentation. Pia tuligundua kuwa changamano za aina ya protini ambazo huhusika katika uoksidishaji wa pyruvate hujumuisha vimeng'enya vitano ambavyo hubakia kufanya kazi mbele ya viambajengo vitano tu. Mabadiliko yoyote katika algorithm ya utaratibu changamano wa decarboxylation inaweza kusababisha patholojia mbaya na hata kusababisha kifo cha mtu binafsi.
