In questo articolo cercheremo di spiegare in modo accessibile cos'è il complesso della piruvato deidrogenasi e la biochimica del processo, per rivelare la composizione di enzimi e coenzimi, per indicare il ruolo e il significato di questo complesso in natura e la vita umana. Verranno inoltre considerate possibili conseguenze della violazione dello scopo funzionale del complesso e del tempo della loro manifestazione.
Introduzione al concetto
Il complesso piruvato deidrogenasi (PDH) è un complesso di tipo proteico il cui ruolo è quello di effettuare l'ossidazione del piruvato a seguito della decarbossilazione. Questo complesso contiene 3 enzimi e due proteine necessarie per l'implementazione delle funzioni ausiliarie. Affinché il complesso piruvato deidrogenasi funzioni, devono essere presenti alcuni cofattori. Ce ne sono cinque: CoA, nicotinamide adenina dinucleotide, flavina adenina dinucleotide, tiamina pirofosfato e lipoato.
La localizzazione della PDH negli organismi batterici è concentrata nel citoplasma, le cellule eucariotiche la immagazzinanonella matrice sui mitocondri.
Associato alla decarbossilazione del piruvato
Il significato del complesso piruvato deidrogenasi risiede nella reazione di ossidazione del piruvato. Considera l'essenza di questo processo.
Il meccanismo di ossidazione del piruvato sotto l'influenza della decarbossilazione è un processo di natura biochimica, in cui avviene la scissione della molecola CO2 al singolare, e quindi questo la molecola viene aggiunta al piruvato, sottoposta a decarbossilazione e appartenente al coenzima A (CoA). Ecco come viene creato l'acetil-KoA. Questo fenomeno occupa un posto intermedio tra i processi di glicolisi e il ciclo dell'acido tricarbossilico. Il processo di dicarbossilazione del piruvato viene effettuato con la partecipazione di un complesso MPC, che, come accennato in precedenza, comprende tre enzimi e due proteine ausiliarie.
Il ruolo dei coenzimi
Per il complesso della piruvato deidrogenasi, gli enzimi svolgono un ruolo cruciale. Tuttavia, possono iniziare il loro lavoro solo in presenza di cinque coenzimi o gruppi di tipo protesico sopra elencati. Il processo stesso porterà infine al fatto che il gruppo acile sarà incluso nel CoA-acetile. A proposito di coenzimi, devi sapere che quattro di loro appartengono a derivati vitaminici: tiamina, riboflavina, niacina e acido pantotenico.
Flavina adenina dinucleotide e nicotinamide adenina dinucleotide sono coinvolti nel trasferimento di elettroni e tiamina pirofosfato, noto a molti comecoenzima piruvato decarbossilico, entra nelle reazioni di fermentazione.
Attivazione del gruppo tiolico
Coenzima di acetilazione (A) - contiene un gruppo di tipo tiolo (-SH), che è molto attivo, è fondamentale e necessario affinché il CoA funzioni come una sostanza che può trasferire il gruppo acilico al tiolo e formare tioetere. Gli esteri dei tioli (tioeteri) hanno un tasso abbastanza alto di energia di idrolisi di natura libera, quindi hanno un alto potenziale per trasferire un gruppo acilico a una varietà di molecole accettori. Ecco perché l'acetil CoA viene periodicamente chiamato attivato CH3COOH.
Trasferimento di elettroni
Oltre ai quattro cofattori che sono derivati delle vitamine, esiste un quinto cofattore del complesso della piruvato deidrogenasi, chiamato lipoato. Ha 2 gruppi di tipo tiolo che possono subire un'ossidazione reversibile, che si traduce nella formazione di un legame disolfuro (-S-S-), che è simile a come procede questo processo tra amminoacidi e residui di cisteina nelle proteine. La capacità di ossidarsi e recuperare conferisce al lipoato la capacità di essere portatore non solo del gruppo acile, ma anche di elettroni.
Kit enzimatico
Degli enzimi, il complesso della piruvato deidrogenasi comprende tre componenti principali. Il primo enzima è la piruvato deidrosenasi (E1). Il secondo enzima èdiidrolipoil deidrogenasi (E3). Il terzo è la diidrolipoiltransacetilasi (E2). Il complesso della piruvato deidrogenasi include questi enzimi, immagazzinandoli in un gran numero di copie. Il numero di copie di ciascun enzima può essere diverso e quindi la dimensione del complesso può variare notevolmente. Il complesso PDH nei mammiferi ha un diametro di circa 50 nanometri. Questo è 5-6 volte più grande del diametro del ribosoma. Tali complessi sono molto grandi, quindi possono essere distinti al microscopio elettronico.
Il batterio gram-positivo bacillo stearothermophilus ha sessanta copie identiche di diidrolipoil transacetilasi nel suo PDH, che a sua volta crea un dodecaedro di tipo pentagonale di circa 25 nanometri di diametro. Il batterio gram-positivo Escherichia coli contiene ventiquattro copie di E2, cat. attacca a se stesso il gruppo protesico del lipoato e stabilisce un legame di tipo ammidico con il gruppo amminico del residuo di lisina incluso in E2.
La diidrolipoiltransacetilasi è costituita dall'interazione di 3 domini che presentano differenze funzionali. Questi sono: un dominio lipoilico aminoterminale contenente un residuo di lisina e associato a un lipoato; dominio vincolante (MI1- centrale e E3-); dominio interno dell'aciltransferasi, che include centri di aciltransferasi di tipo attivo.
Il complesso della piruvato deidrogenasi del lievito ha un solo dominio di tipo lipoile, i mammiferi ne hanno due e il batterio Escherichia coli ne ha tre. La sequenza linker di amminoacidi che sonoda venti a trenta residui di amminoacidi, condivide E2, mentre i residui di alanina e prolina sono intervallati da residui di amminoacidi che sono carichi. Questi linker hanno spesso forme estese. Questa caratteristica influisce sul fatto che condividono 3 domini.
Relazione di origine
E1 stabilisce una connessione con il TTP con il suo centro attivo, e il centro attivo E3 stabilisce una connessione con FAD. Il corpo umano contiene l'enzima E1 sotto forma di tetramero, che consiste di quattro subunità: due E1alfa e due E 1beta. Le proteine regolatrici sono presentate sotto forma di protein chinasi e fosfoproteina fosfatasi. Questo tipo di struttura (E1- E2- E 3) rimane un elemento di conservatorismo nell'insegnamento evolutivo. Complessi con una struttura e una struttura simili possono partecipare a una varietà di reazioni che differiscono da quelle standard, ad esempio, quando l'α-chetoglutarato viene ossidato durante il ciclo di Krebs, viene ossidato anche l'α-chetoacido, che si è formato a causa dell'utilizzo catabolico di aminoacidi di tipo ramificato: valina, leucina e isoleucina.
Il complesso piruvato deidrogenasi ha l'enzima E3, che si trova anche in altri complessi. La somiglianza della struttura proteica, dei cofattori e anche dei meccanismi di reazione indica un'origine comune. Il lipoato viene attaccato alla lisina E2, e si crea una sorta di “mano” in grado di spostarsi dal centro attivo E1 al centri attivi E 2 eE3, che è di circa 5 nm.
Gli eucarioti nel complesso della piruvato deidrogenasi contengono dodici subunità di E3BP (E3 - una proteina legante di natura non catalitica). La posizione esatta di questa proteina non è nota. C'è un'ipotesi che questa proteina sostituisca qualche sottoinsieme di subed. E2 nella mucca PDH.
Comunicazione con i microrganismi
Il complesso considerato è inerente ad alcuni tipi di batteri anaerobici. Tuttavia, il numero di organismi batterici che hanno PDH nella loro struttura è piccolo. Le funzioni svolte dal complesso nei batteri, di regola, sono ridotte a processi generali. Ad esempio, il ruolo del complesso piruvato deidrogenasi nel batterio Zymonomonas mobilis è la fermentazione alcolica. I batteri piruvato nella quantità fino al 98% verranno utilizzati per tali scopi. La restante piccola percentuale viene ossidata ad anidride carbonica, nicotinamide adenina dinucleotide, acetil-CoA, ecc. La struttura del complesso piruvato deidrogenasi in Zymomonas mobilis è interessante. Questo microrganismo ha quattro enzimi: E1alfa, E1beta, E2 e E 3. Il PDH di questo batterio contiene un dominio lipoilico all'interno di E1beta, che lo rende unico. Il nucleo del complesso è MI2, e l'organizzazione del complesso stesso assume la forma di un dodecaedro pentagonale. Zymomonas mobilis non ha tutta una serie di enzimi del ciclo dell'acido tricarbossilico, e quindi il suo PDH è impegnato solo in funzioni anaboliche.
PDH nell'uomo
L'uomo, come gli altri organismi viventi,ha geni che codificano per PDH. Il gene E1alpha – PDHA 1 è localizzato sul cromosoma X. al deficit di PDH. I sintomi della malattia possono variare notevolmente da lievi problemi di acidosi lattica a malformazioni letali nello sviluppo del corpo. Gli uomini il cui cromosoma X include un allele simile moriranno presto in giovane età. Anche le persone di sesso femminile sono colpite da questa malattia, ma in misura minore, e il problema stesso è l'inattivazione di qualsiasi cromosoma X.
Problemi di mutazioni
E1beta - PDHB - si trova sul terzo cromosoma. Per questo gene sono noti solo due alleli del tipo mutante che, essendo in posizione omozigote, portano a un esito letale durante tutto l'anno, che è associato a malformazioni.
Probabilmente ci sono altri alleli simili che possono causare la morte prima del pieno sviluppo dell'organismo. E2 - DLAT - concentrato sull'undicesimo cromosoma. L'umanità conosce due alleli di questo gene che creeranno problemi in futuro, ma la giusta dieta può compensare questo. C'è un' alta probabilità che il feto muoia all'interno dell'utero a causa di altre mutazioni in questo gene. E3 - dld - si trova sul settimo cromosoma e include un gran numero di alleli. Bastauna grande percentuale di essi porta al verificarsi di malattie di natura genetica, che saranno associate a una violazione del metabolismo degli aminoacidi.
Conclusione
Abbiamo considerato quanto sia importante il complesso della piruvato deidrogenasi per gli organismi viventi. Le reazioni che si verificano in esso sono principalmente finalizzate alla decarbossilazione del piruvato per ossidazione e il PDH stesso è altamente specializzato, ma in condizioni diverse, con determinate ragioni, può anche svolgere funzioni di natura diversa, ad esempio partecipare alla fermentazione. Abbiamo anche scoperto che i complessi di tipo proteico coinvolti nell'ossidazione del piruvato sono costituiti da cinque enzimi che rimangono funzionali solo in presenza di cinque cofattori. Qualsiasi modifica nell'algoritmo del complesso meccanismo di decarbossilazione può causare gravi patologie e persino portare alla morte dell'individuo.
