ამ სტატიაში შევეცდებით ავხსნათ, თუ რა არის პირუვატდეჰიდროგენაზას კომპლექსი და პროცესის ბიოქიმია, გამოვავლინოთ ფერმენტების და კოენზიმების შემადგენლობა, მივუთითოთ ამ კომპლექსის როლი და მნიშვნელობა ბუნებაში. და ადამიანის სიცოცხლე. ამასთან, განხილული იქნება კომპლექსის ფუნქციური დანიშნულების დარღვევის შესაძლო შედეგები და მათი გამოვლენის დრო.
შესავალი კონცეფციაში
პირუვატდეჰიდროგენაზას კომპლექსი (PDH) არის ცილის ტიპის კომპლექსი, რომლის როლი არის პირუვატის დაჟანგვის განხორციელება დეკარბოქსილირების შედეგად. ეს კომპლექსი შეიცავს 3 ფერმენტს, ასევე ორ ცილას, რომლებიც აუცილებელია დამხმარე ფუნქციების განსახორციელებლად. პირუვატდეჰიდროგენაზას კომპლექსის ფუნქციონირებისთვის საჭიროა გარკვეული კოფაქტორების არსებობა. არსებობს ხუთი მათგანი: CoA, ნიკოტინამიდი ადენინ დინუკლეოტიდი, ფლავინის ადენინ დინუკლეოტიდი, თიამინის პიროფოსფატი და ლიპოატი.
პდჰ-ის ლოკალიზაცია ბაქტერიულ ორგანიზმებში კონცენტრირებულია ციტოპლაზმაში, მას ინახავს ევკარიოტული უჯრედებიმიტოქონდრიის მატრიცაში.
ასოცირებული პირუვატის დეკარბოქსილირებასთან
პირუვატდეჰიდროგენაზას კომპლექსის მნიშვნელობა მდგომარეობს პირუვატის დაჟანგვის რეაქციაში. განვიხილოთ ამ პროცესის არსი.
პირუვატის დაჟანგვის მექანიზმი დეკარბოქსილირების გავლენის ქვეშ არის ბიოქიმიური ხასიათის პროცესი, რომლის დროსაც ხდება CO2 მოლეკულის გაყოფა სინგულარში და შემდეგ ეს მოლეკულა ემატება პირუვატს, ექვემდებარება დეკარბოქსილირებას და მიეკუთვნება კოენზიმ A-ს (CoA). ასე იქმნება აცეტილ-KoA. ეს ფენომენი შუალედურ ადგილს იკავებს გლიკოლიზის პროცესებსა და ტრიკარბოქსილის მჟავას ციკლს შორის. პირუვატის დიკარბოქსილირების პროცესი ტარდება კომპლექსური MPC-ის მონაწილეობით, რომელიც, როგორც უკვე აღვნიშნეთ, მოიცავს სამ ფერმენტს და ორ დამხმარე ცილას.
კოფერმენტების როლი
პირუვატდეჰიდროგენაზას კომპლექსისთვის ფერმენტები გადამწყვეტ როლს თამაშობენ. თუმცა, მათ შეუძლიათ დაიწყონ მუშაობა მხოლოდ ზემოთ ჩამოთვლილი პროთეზის ტიპის ხუთი კოენზიმის ან ჯგუფის თანდასწრებით. თავად პროცესი საბოლოოდ გამოიწვევს იმ ფაქტს, რომ აცილის ჯგუფი შედის CoA-აცეტილში. კოენზიმებზე საუბრისას, უნდა იცოდეთ, რომ ოთხი მათგანი მიეკუთვნება ვიტამინის წარმოებულებს: თიამინს, რიბოფლავინს, ნიაცინს და პანტოტენის მჟავას.
ფლავინა ადენინ დინუკლეოტიდი და ნიკოტინამიდი ადენინ დინუკლეოტიდი მონაწილეობენ ელექტრონის გადაცემაში და თიამინის პიროფოსფატი, რომელიც ბევრისთვის ცნობილია, როგორცპირუვატის დეკარბოქსილის კოენზიმი, შედის ფერმენტაციის რეაქციებში.
თიოლის ჯგუფის გააქტიურება
აცეტილირების კოენზიმი (A) - შეიცავს თიოლის ტიპის ჯგუფს (-SH), რომელიც ძალიან აქტიურია, მნიშვნელოვანია და აუცილებელია, რომ CoA ფუნქციონირდეს როგორც ნივთიერება, რომელსაც შეუძლია აცილის ჯგუფის გადატანა თიოლში და ჩამოყალიბება. თიოეთერი. თიოლების (თიოეთერები) ეთერებს აქვთ თავისუფალი ბუნების ჰიდროლიზის ენერგიის საკმაოდ მაღალი მაჩვენებელი, ამიტომ მათ აქვთ მაღალი პოტენციალი აცილის ჯგუფის გადაცემის სხვადასხვა მიმღებ მოლეკულებზე. ამიტომაც აცეტილ CoA-ს პერიოდულად უწოდებენ გააქტიურებულ CH3COOH.
ელექტრონული გადაცემა
გარდა ოთხი კოფაქტორისა, რომლებიც ვიტამინების წარმოებულებია, არსებობს პირუვატდეჰიდროგენაზას კომპლექსის მე-5 კოფაქტორი, რომელსაც ლიპოატი ეწოდება. მას აქვს 2 თიოლის ჯგუფი, რომელსაც შეუძლია გაიაროს შექცევადი დაჟანგვა, რის შედეგადაც წარმოიქმნება დისულფიდური ბმა (-S-S-), რაც მსგავსია, თუ როგორ მიმდინარეობს ეს პროცესი ამინომჟავებსა და ცისტეინის ნარჩენებს შორის ცილებში. დაჟანგვის და აღდგენის უნარი ლიპოატს აძლევს უნარს იყოს არა მხოლოდ აცილის ჯგუფის, არამედ ელექტრონების მატარებელიც.
ფერმენტული ნაკრები
ფერმენტებიდან, პირუვატდეჰიდროგენაზას კომპლექსი მოიცავს სამ ძირითად კომპონენტს. პირველი ფერმენტი არის პირუვატდეჰიდროზენაზა (E1). მეორე ფერმენტი არისდიჰიდროლიპოილდეჰიდროგენაზა (E3). მესამე არის დიჰიდროლიპოილტრანსაცეტილაზა (E2). პირუვატ დეჰიდროგენაზას კომპლექსი მოიცავს ამ ფერმენტებს, ინახავს მათ დიდი რაოდენობით ეგზემპლარად. თითოეული ფერმენტის ასლების რაოდენობა შეიძლება იყოს განსხვავებული და, შესაბამისად, კომპლექსის ზომა შეიძლება მნიშვნელოვნად განსხვავდებოდეს. PDH კომპლექსი ძუძუმწოვრებში დაახლოებით 50 ნანომეტრია. ეს 5-6-ჯერ აღემატება რიბოსომის დიამეტრს. ასეთი კომპლექსები ძალიან დიდია, ამიტომ მათი გარჩევა შესაძლებელია ელექტრონულ მიკროსკოპში.
გრამდადებითი ბაცილი სტეაროთერმოფილუსის ბაქტერიას აქვს დიჰიდროლიპოილ ტრანსაცეტილაზას სამოცი იდენტური ასლი თავის PDH-ში, რაც თავის მხრივ ქმნის ხუთკუთხა ტიპის დოდეკაედრონს დაახლოებით 25 ნანომეტრი დიამეტრის. გრამდადებითი ბაქტერია Escherichia coli შეიცავს E2, კატას ოცდაოთხ ეგზემპლარს. ამაგრებს ლიპოატის პროთეზურ ჯგუფს და ამყარებს ამიდის ტიპის კავშირს ლიზინის ნარჩენის ამინოჯგუფთან, რომელიც შედის E2.
დიჰიდროლიპოილტრანსაცეტილაზა აგებულია 3 დომენის ურთიერთქმედებით, რომლებსაც აქვთ ფუნქციური განსხვავებები. ესენია: ამინოტერმინალური ლიპოილის დომენი, რომელიც შეიცავს ლიზინის ნარჩენს და ასოცირდება ლიპოატთან; სავალდებულო დომენი (ცენტრალური E1- და E3-); შიდა აცილტრანსფერაზას დომენი, რომელიც მოიცავს აქტიური ტიპის აცილტრანსფერაზას ცენტრებს.
საფუარის პირუვატ დეჰიდროგენაზას კომპლექსს აქვს მხოლოდ ერთი ლიპოილის ტიპის დომენი, ძუძუმწოვრებს აქვთ ორი ასეთი დომენი, ხოლო ბაქტერიას Escherichia coli - სამი. ამინომჟავების დამაკავშირებელი თანმიმდევრობა, რომელიც არისოცდაათიდან ოცდაათ ამინომჟავის ნარჩენებიდან, იზიარებს E2, ხოლო ალანინის და პროლინის ნარჩენები იკვეთება ამინომჟავის ნარჩენებთან, რომლებიც დამუხტულია. ამ ლინკერებს ყველაზე ხშირად აქვთ გაფართოებული ფორმები. ეს ფუნქცია გავლენას ახდენს იმ ფაქტზე, რომ ისინი იზიარებენ 3 დომენს.
წარმოშობის კავშირი
E1 ამყარებს კავშირს TTP-თან მის აქტიურ ცენტრთან, ხოლო აქტიური ცენტრი E3 ამყარებს კავშირს FAD-თან. ადამიანის სხეული შეიცავს ფერმენტ E1 ტეტრამერის სახით, რომელიც შედგება ოთხი ქვეერთეულისგან: ორი E1ალფა და ორი E. 1 ბეტა. მარეგულირებელი ცილები წარმოდგენილია პროტეინ კინაზას და ფოსფოპროტეინ ფოსფატაზას სახით. ამ ტიპის სტრუქტურა (E1- E2- E 3) რჩება კონსერვატიზმის ელემენტად ევოლუციური სწავლებაში. მსგავსი სტრუქტურისა და სტრუქტურის კომპლექსებს შეუძლიათ მონაწილეობა მიიღონ სხვადასხვა რეაქციებში, რომლებიც განსხვავდება სტანდარტული რეაქციებისგან, მაგალითად, როდესაც α-კეტოგლუტარატი იჟანგება კრებსის ციკლის დროს, ასევე იჟანგება α-კეტო მჟავა, რომელიც წარმოიქმნება კატაბოლური უტილიზაციის გამო. განშტოებული ტიპის ამინომჟავები: ვალინი, ლეიცინი და იზოლეიცინი.
პირუვატდეჰიდროგენაზას კომპლექსს აქვს ფერმენტი E3, რომელიც ასევე გვხვდება სხვა კომპლექსებში. ცილის სტრუქტურის, კოფაქტორების და ასევე რეაქციის მექანიზმების მსგავსება მიუთითებს საერთო წარმოშობაზე. ლიპოატი მიმაგრებულია ლიზინზე E2 და იქმნება ერთგვარი "ხელი", რომელსაც შეუძლია გადაადგილება აქტიური ცენტრიდან E1-ზე. აქტიური ცენტრები E 2 დაE3, რაც დაახლოებით 5 ნმ.
ეუკარიოტები პირუვატდეჰიდროგენაზას კომპლექსში შეიცავს E3BP-ის თორმეტ ქვედანაყოფს (E3 - არაკატალიზური ბუნების დამაკავშირებელი ცილა). ამ ცილის ზუსტი მდებარეობა უცნობია. არსებობს ჰიპოთეზა, რომ ეს ცილა ცვლის ქვეჯგუფის ზოგიერთ ქვეჯგუფს. E2 ძროხის PDH-ში.
კომუნიკაცია მიკროორგანიზმებთან
განხილული კომპლექსი თანდაყოლილია ზოგიერთი ტიპის ანაერობული ბაქტერიისთვის. თუმცა, ბაქტერიული ორგანიზმების რაოდენობა, რომლებსაც აქვთ PDH სტრუქტურაში, მცირეა. ბაქტერიებში კომპლექსის მიერ შესრულებული ფუნქციები, როგორც წესი, მცირდება ზოგად პროცესებამდე. მაგალითად, პირუვატდეჰიდროგენაზას კომპლექსის როლი ბაქტერიაში Zymonomonas mobilis არის ალკოჰოლური დუღილი. ამ მიზნით გამოყენებული იქნება პირუვატის ბაქტერია 98%-მდე. დარჩენილი რამდენიმე პროცენტი იჟანგება ნახშირორჟანგად, ნიკოტინამიდ ადენინ დინუკლეოტიდამდე, აცეტილ-CoA-მდე და ა.შ. საინტერესოა პირუვატდეჰიდროგენაზას კომპლექსის სტრუქტურა Zymomonas mobilis-ში. ამ მიკროორგანიზმს აქვს ოთხი ფერმენტი: E1ალფა, E1ბეტა, E2 და E 3. ამ ბაქტერიის PDH შეიცავს ლიპოილის დომენს E1ბეტაში, რაც მას უნიკალურს ხდის. კომპლექსის ბირთვი არის E2, ხოლო თავად კომპლექსის ორგანიზაცია იღებს ხუთკუთხა დოდეკედრის ფორმას. Zymomonas mobilis-ს არ გააჩნია ტრიკარბოქსილის მჟავას ციკლის ფერმენტების მთელი სერია და ამიტომ მისი PDH მხოლოდ ანაბოლურ ფუნქციებშია ჩართული.
PDH მამაკაცში
ადამიანი, ისევე როგორც სხვა ცოცხალი ორგანიზმები,აქვს PDH კოდირების გენები. გენი E1ალფა - PDHA 1 ლოკალიზებულია X ქრომოსომაზე, PDH დეფიციტამდე. დაავადების სიმპტომები შეიძლება მნიშვნელოვნად განსხვავდებოდეს რძის აციდოზის მსუბუქი პრობლემებიდან სხეულის განვითარების ლეტალურ მანკებამდე. მამაკაცები, რომელთა X ქრომოსომა შეიცავს მსგავს ალელს, მალე მოკვდებიან ძალიან ახალგაზრდა ასაკში. მდედრობითი სქესის პირები ასევე განიცდიან ამ დაავადებით, მაგრამ ნაკლებად და პრობლემა თავად არის ნებისმიერი X ქრომოსომის ინაქტივაცია.
მუტაციების პრობლემები
E1ბეტა - PDHB - მდებარეობს მესამე ქრომოსომაზე. ამ გენისთვის ცნობილია მუტანტის ტიპის მხოლოდ ორი ალელი, რომლებიც ჰომოზიგოტურ მდგომარეობაში ყოფნისას იწვევს ლეტალურ შედეგს მთელი წლის განმავლობაში, რაც ასოცირდება მანკებთან.
ალბათ არის სხვა მსგავსი ალელები, რომლებმაც შეიძლება გამოიწვიოს სიკვდილი ორგანიზმის სრულ განვითარებამდე. E2 - DLAT - კონცენტრირებულია მეთერთმეტე ქრომოსომაზე. კაცობრიობამ იცის ამ გენის ორი ალელის შესახებ, რომლებიც მომავალში პრობლემებს შეუქმნის, მაგრამ ამის კომპენსირება სწორ კვებას შეუძლია. დიდია შანსი, რომ ნაყოფი საშვილოსნოში მოკვდეს ამ გენის სხვა მუტაციების გამო. E3 - dld - მდებარეობს მეშვიდე ქრომოსომაზე და მოიცავს ალელების დიდ რაოდენობას. Საკმარისიმათი დიდი პროცენტი იწვევს გენეტიკური ხასიათის დაავადებების გაჩენას, რაც დაკავშირებული იქნება ამინომჟავების ცვლის დარღვევასთან.
დასკვნა
ჩვენ განვიხილეთ, რამდენად მნიშვნელოვანია პირუვატდეჰიდროგენაზას კომპლექსი ცოცხალი ორგანიზმებისთვის. მასში მიმდინარე რეაქციები, უპირველეს ყოვლისა, მიზნად ისახავს პირუვატის დეკარბოქსილირებას დაჟანგვით, ხოლო PDH თავისთავად უაღრესად სპეციალიზირებულია, მაგრამ სხვადასხვა პირობებში, გარკვეული მიზეზების გამო, მას ასევე შეუძლია შეასრულოს განსხვავებული ხასიათის ფუნქციები, მაგალითად, მონაწილეობა მიიღოს ფერმენტაციაში. ჩვენ ასევე აღმოვაჩინეთ, რომ ცილის ტიპის კომპლექსები, რომლებიც მონაწილეობენ პირუვატის დაჟანგვაში, შედგება ხუთი ფერმენტისგან, რომლებიც ფუნქციონირებს მხოლოდ ხუთი კოფაქტორის თანდასწრებით. დეკარბოქსილაციის რთული მექანიზმის ალგორითმის ნებისმიერმა ცვლილებამ შეიძლება გამოიწვიოს სერიოზული პათოლოგიები და ადამიანის სიკვდილიც კი გამოიწვიოს.
