Пятница24 ноября
Образование

Что такое пируватдегидрогеназный комплекс?

11 сентября 2017

В этой статье мы постараемся доступно объяснить, что представляет собой пируватдегидрогеназный комплекс и биохимию процесса, раскрыть состав ферментов и коферментов, обозначить роль и значение данного комплекса в природе и жизни человека. Кроме того, будут рассмотрены возможные последствия нарушения функционального предназначения комплекса и время их проявления.

пируватдегидрогеназный комплекс

Ознакомление с понятием

Пируватдегидрогеназный комплекс (PDH) – это комплекс белкового типа, роль которого заключается в осуществлении окисления пирувата в результате декарбоксилирования. Данный комплекс содержит в себе 3 фермента, а также два белка, необходимых для осуществления вспомогательных функций. Чтобы пируватдегидрогеназный комплекс мог функционировать, необходимо наличие определенных кофакторов. Их пять: СоА, никотинамидадениндинуклеотид, флавинадениндинуклеотид, тиаминпирофосфат и липоат.

Локализация PDH у бактериальных организмов сосредоточена в цитоплазме, эукариотические клетки хранят его в матриксе на митохондриях.пируватдегидрогеназнного комплекса

Связь с декарбоксилированием пирувата

Значение пируватдегидрогеназного комплекса заключается в реакции окисления пирувата. Рассмотрим суть этого процесса.

Механизм окисления пирувата под воздействием декарбоксилирования представляет собой процесс биохимической природы, в котором происходит отщепление молекулы CO2 в единственном числе, а далее следует присоединение этой молекулы к пирувату, подвергнутому декарбоксилированию и принадлежащему коферменту А (КоА). Так создается ацетил-KoA. Это явление занимает промежуточное место между процессами гликолиза и цикла кислот трикарбонового типа. Процесс дикарбоксилирования пирувата осуществляется с участием сложного ПДК, который заключает в себе, как было ранее сказано, три фермента и два белка вспомогательного типа.

строение пируватдегидрогеназного комплекса

Роль коферментов

Для пируватдегидрогеназного комплекса ферменты играют важнейшую роль. Однако они могут начать свою работу лишь в присутствии пяти коферментов либо групп простетического типа, которые были перечислены выше. Сам процесс приведет в конечном итоге к тому, что ацильная группа будет входить в СоА-ацетил. Говоря о коферментах, необходимо знать, что четыре из них принадлежат к производным витаминам: тиамин, рибофлавин, ниацин и пантотеновая кислота.

Флавинадениндинуклеотид и никотинамидадениндинуклеотид занимаются переносом электронов, а тиаминпирофосфат, многим известный как пируватдекарбоксильный кофермент, вступает в реакции брожения.

роль пируватдегидрогеназного комплекса

Активация тиольной группы

Кофермент ацетилирования (А) – содержит в себе группу тиольного типа (-SH), которая очень активна, она критически важна и необходима, для того чтобы СоА функционировала в роли вещества, которое сможет переносить ацильную группу в тиольную и образовывать тиоэфир. Сложные эфиры тиолов (тиоэфиры) – имеют достаточно высокий показатель гидролизной энергии свободного характера, потому им присущ высокий потенциал переноса ацильной группы к разнообразным акцепторным молекулам. Именно поэтому ацетил СоА периодически называют активированной СН3СООН.

Перенесение электронов

Помимо четырех кофакторов, имеющих природу производных витаминов, существует 5-й кофактор пируватдегидрогеназного комплекса, именуемый липоатом. Ему присущи 2 группы тиольного типа, способные подвергаться воздействию обратимого окисления, в результате которого образуется связь дисульфидного характера (-S-S-), что схоже с тем, как этот процесс протекает между аминокислотыцистеинными остатками в белках. Умение окисляться и восстанавливаться дает липоату возможность быть переносчиком не только ацильной группы, но и электронов.

пируватдегидрогеназный комплекс реакции

Ферментативный набор

Из ферментов пируватдегидрогеназный комплекс включает в себя три основных компонента. Первым ферментом является пируватдегидрозеназа (Е1). Второй фермент – это дигидролипоилдегидрогеназа (Е3). Третий – дигидролипоилтрансацетилаза (Е2). Пируватдегидрогеназный комплекс включает в себя данные ферменты, храня их в большом количестве копий. Количество копий каждого фермента может быть разным, а потому и размеры комплекса могут сильно варьироваться. PDH комплекс у млекопитающих достигает около 50 нанометров в диаметре. Это больше диаметра рибосомы в 5-6 раз. Такие комплексы очень большие, поэтому их можно различить в электронном микроскопе.

Грамположительная бактерия bacillus stearothermophilus в своем PDH имеет шестьдесят одинаковых копий дигидролипоилтрансацетилазы, которые, в свою очередь, создают додекаэдр пентагонального типа, диаметром, приблизительно равным 25 нанометрам. Грамположительная бактерия Escherichia coli содержит в себе двадцать четыре копии Е2, кот. присоединяет к себе простетическую группу липоата, а она устанавливает связь амидного типа с аминогруппой остатка лизина, входящего в Е2.

Дигидролипоилтрансацетилаза строится при взаимодействии 3 доменов, имеющих функциональные различия. Это: аминотерминальный липоильный домен, содержащий в себе лизина остаток и связанный с липоатом; связывающий домен (центральный Е1- и Е3-); внутренний ацилтрасферазный домен, включающий в себя ацилтрансферазные центры активного типа.

Пируватдегидрогеназный комплекс дрожжей имеет в себе только один домен липоильного типа, млекопитающие таких доменов имеют два, а бактерия кишечной палочки – три. Линкерная последовательность аминокислот, которые состоят из двадцати-тридцати аминокислотных остатков, разделяет Е2, при этом остатки аланинов и пролинов перемежаются с остатками аминокислот, которые заряжены. Эти линкеры чаще всего имеют протяженные формы. Такая особенность влияет на то, что они разделяют 3 домена.

Взаимосвязь происхождения

значение пируватдегидрогеназного комплекса

Е1 своим активным центром устанавливает связь с ТТР, а активный центр E3 – с FAD. Человеческий организм фермент Е1 содержит в форме тетрамера, который складывается из четырех субъединиц: двух E1альфа и двух E1бета. Регуляторные белки представлены в виде протеинкиназы и фосфопротеинфосфатазы. Этот тип структуры (Е1- Е2- Е3) остается элементом консерватизма в эволюционном учении. Комплексы с подобным строением и устройством могут участвовать в разнообразных реакция, отличных от стандартных, например, при подвергании окислению α-кетоглутарата на протяжении действия цикла Кребса, также окисляется и α-кетокислота, что образовалась из-за катаболических утилизаций аминокислот разветвленного типа: валина, лейцина и изолейцина.

Пируватдегидрогеназный комплекс имеет фермент E3, встречающийся и в других комплексах. Сходство белковой структуры, кофакторов и также реакционных механизмов указывает на общее происхождение. Липоат прикрепляется к лизину E2, и создается подобие «руки», что способна передвигаться от активного центра Е1 до активных центров Е2 и Е3, что составляет приблизительно 5 нм.

Эукариоты в пируватдегидрогеназном комплексе содержат по двенадцать субъединиц Е3ВР (Е3 – связывающего белка некаталитической природы). Местоположение этого белка точно не известно. Есть гипотеза о том, что этот протеин заменяет некоторое подмножество субъед. E2 в коровьем PDH.

Связь с микроорганизмами

Рассматриваемый комплекс присущ некоторым видам бактерий анаэробного типа. Однако количество бактериальных организмов, имеющих в своем строении PDH, невелико. Функции, выполняемые комплексом у бактерий, как правило, сводятся к общим процессам. Например, роль пируватдегидрогеназного комплекса у бактерии Zymonomonas mobilis заключается в брожении спиртового характера. Пируват бактерии в размере до 98% израсходуется именно на подобные цели. Оставшиеся несколько процентов подвергаются окислению до углекислого газа, никотинамидадениндинуклеотида, ацетил-СоА и т. д. Интересно строение пируватдегидрогеназного комплекса у Зимомонас мобилис. У данного микроорганизма в него входит четыре фермента: E1альфа, Е1бета, Е2 и Е3. В PDH этой бактерии находится липоильный домен внутри Е1бета, что делает ее уникальной. Кор комплекса представляется Е2, а организация самого комплекса принимает вид додекаэдра пентагонального типа. Зимомонас мобилис не имеет целые ряды ферментов цикла трикарбоновых кислот, а потому ее PDH занимается только анаболическими функциями.

PDH в человеке

Человек, как и другие живые организмы, имеет гены, занимающиеся кодированием PDH. В Х-хромосоме локализируется ген E1альфа – PDHA 1. Механизм действия пируватдегидрогеназного комплекса чрезвычайно важен, что следует из того, что существует больше тридцати аллелей мутантного типа у вышеуказанного гена, и каждая из мутаций приводит к PDH-недостаточности. Симптоматика заболевания может сильно варьироваться от лактатацидозовых проблем слабовыраженного характера до летальных пороков в развитии организма. Мужчин, у которых Х-хромосома включает подобную аллель, ждет скорая гибель в совсем юном возрасте. Женские особи тоже подвергаются этому заболеванию, но в меньшей степени, а сама проблема заключается в инактивации какой-либо Х-хромосомы.пируватдегидрогеназный комплекс биохимия

Проблематика мутаций

Е1бета – PDHB – располагается на третьей хромосоме. Известны лишь две аллели мутантного типа у данного гена, которые, находясь в гомозиготном положении, приводят к летальному исходу на протяжении года, что связанно с пороками развития.

Вероятно, есть и другие подобные аллели, которые могут вызвать смерть до полноценного развития организма. Е2 – DLAT – сосредоточен на одиннадцатой хромосоме. Человечеству известно о двух аллелях данного гена, которые создадут проблемы в будущем, однако правильная диета может это компенсировать. Существует большая вероятность того, что плод погибнет внутри утробы из-за других мутаций этого гена. E3 – dld – располагается на седьмой хромосоме и включает в себя большое количество аллелей. Довольно большой их процент приводит к возникновению болезней генетического характера, которые будут связаны с нарушением аминокислотного обмена.

Заключение

Мы рассмотрели, насколько важен для живых организмов пируватдегидрогеназный комплекс. Реакции, в нем происходящие, направлены, в первую очередь, на декарбоксилирование пирувата путем окисления, а сам PDH узкоспециализирован, но в разных условиях, при наличии определенных причин может выполнять и функции другого характера, например, участвовать в брожении. Также мы выяснили, что комплексы белкового типа, которые занимаются пируватным окислением, состоят из пяти ферментов, которые сохраняют работоспособность лишь при наличии пяти кофакторов. Любые изменения в алгоритме сложного механизма декарбоксилирования могут вызвать серьезные патологии и даже привести к смерти индивида.

Источник: fb.ru
Похожие материалы
Что такое природные комплексы? Их виды и особенности Образование
Что такое природные комплексы? Их виды и особенности

Что такое природные комплексы? Это географическое понятие, которое обозначает ряд взаимосвязанных между собой компонентов природы. Они могут охватывать как огромные территории, так и совершенно небольшие участки Земли. Какие природные комплексы бывают? Чем они отличаются? Чем характеризуются? Давайте выясним это.Географическая оболочкаРасс...

Комплекс оживления - это что такое? Здоровье
Комплекс оживления - это что такое?

Зачастую молодые, неопытные мамы спрашивают у педиатра, нормально ли развивается их ребенок. Оценить физиологические параметры специалисту не составит труда, ведь для этого есть определенные нормы и показатели.Первая консультацияНа приеме педиатр сверяет физическое развитие новорожденного с таблицей, в которой указаны такие параметры, как ...

Кинезотерапия - что это такое? Комплекс упражнений, методы, отзывы о кинезотерапии Здоровье
Кинезотерапия - что это такое? Комплекс упражнений, методы, отзывы о кинезотерапии

В последние годы набирает популярность такой вид лечебной физкультуры, как кинезотерапия. Что это такое? В первую очередь, занятия данной разновидностью оздоровительной гимнастики влияет на силу и выносливость организма, а также помогают увеличить подвижность суставов. Как следствие, человек, постоянно занимающийся кинезотерапией, избавляется от многих бо...

Комплекс РЭБ Новости и общество
Комплекс РЭБ "Хибины": средства, аппаратура. РЭБ "Хибины" - что это такое?

Современная военная техника немыслима без широчайшего использования радиотехнической аппаратуры. Радары, локаторы, средства наведения на цель… Все это в условиях современной войны чрезвычайно важно. Неудивительно, что отечественные инженеры всегда старались разработать эффективное средство для подавления радиотехники потенциального противника. Тако...

Что такое комплекс? Какие бывают комплексы? Образование
Что такое комплекс? Какие бывают комплексы?

Что такое комплекс? Это нечто целое, состоящее из отдельных элементов, объединенное одним предназначением и выполняющее какую-либо общую задачу. Также комплекс – это понятие, лежащее в области психологии. Например, о нем речь идет тогда, когда человек считает себя неполноценным. Давайте рассмотрим это понятие подробнее.Комплекс неполноценнос...

Эдипов комплекс, что это такое по Фрейду Самосовершенствование
Эдипов комплекс, что это такое по Фрейду

Если говорить о том, что такое Эдипов комплекс, то, согласно Фрейду, этот комплекс обязателен и универсален для всех в детстве. Эдипов комплекс, что это? Это одно из понятий, используемых Фрейдом в классическом психоанализе для того, чтобы обозначить противоречивое отношение ребенка к своим родителям. То есть таким образом объясняется проявление у ребенка...

Что такое гибкость тела, как развить, комплекс гимнастических упражнений Спорт и Фитнес
Что такое гибкость тела, как развить, комплекс гимнастических упражнений

Все знают, что в здоровом теле - здоровый дух. Однако далеко не все следуют данному принципу. Гибкость – это один из важнейших параметров здорового состояния организма. Что такое гибкость? Она представляет собой не что иное, как возможность тела двигаться с наибольшей амплитудой. Давайте разберемся, что такое гибкость, зачем нам она нужна и каким сп...

TRX - что это такое? Комплекс упражнений с TRX Спорт и Фитнес
TRX - что это такое? Комплекс упражнений с TRX

TRX – это новая тенденция среди тренажеров. На самом деле это два эластичных ремня, на конце которых располагаются кольца.ИсторияАвтором изобретения считается Рэнди Хетрик. Из-за невозможности в военно-морском флоте использовать некоторые тренажеры и гантели, ему приходилось выдумывать разные приспособлении, чтобы держать свое тело в...

Колесная база - это что такое в автомобиле? Автомобили
Колесная база - это что такое в автомобиле?

В автомобиле есть множество технических параметров – объем двигателя, вместительность багажника, клиренс. Также одним из параметров является колесная база. Новички часто задаются вопросом – что это такое, и зачем эта база нужна? Сегодня мы попытаемся ответить на этот вопрос.ХарактеристикаИтак, начнем с самого определения. Колес...

Что такое тосол и для чего он нужен? Автомобили
Что такое тосол и для чего он нужен?

Системы отопления и охлаждения двигателя автомобилей работают за счет циркуляции специальной жидкости в системе. Она по своим свойствам похожа на воду. Жидкость при постоянной циркуляции забирает лишнее тепло от двигателя и транспортирует его к радиатору. Здесь это тепло отдается в атмосферу. Эта жидкость – тосол. Появилась она 50 лет назад. Давайте...