stringtranslate.com

Комплекс оксоглутаратдегидрогеназы

Комплекс оксоглутаратдегидрогеназы ( OGDC ) или комплекс α-кетоглутаратдегидрогеназы представляет собой ферментный комплекс, наиболее известный своей ролью в цикле лимонной кислоты .

Единицы

Подобно пируватдегидрогеназному комплексу (ПДК), этот фермент образует комплекс, состоящий из трех компонентов:

Механизм OGDH E1-TPP включает образование стабилизированного промежуточного карбаниона.

Были охарактеризованы три класса этих мультиферментных комплексов: один специфичен для пирувата , второй специфичен для 2-оксоглутарата и третий специфичен для α-кетокислот с разветвленной цепью . Комплекс оксоглутаратдегидрогеназы имеет ту же структуру субъединиц и, таким образом, использует те же кофакторы, что и комплекс пируватдегидрогеназы и комплекс дегидрогеназы альфа-кетокислот с разветвленной цепью (TTP, CoA, липоат, FAD и NAD). Только субъединица E3 является общей для трех ферментов. [1]

Характеристики

Метаболические пути

Этот фермент участвует в трех различных путях:

Кинетические свойства

Следующие значения получены из Azotobacter vinelandii  (1) :

Цикл лимонной кислоты

Реакция

Реакция, катализируемая этим ферментом в цикле лимонной кислоты:

α-кетоглутарат + НАД + + КоА → Сукцинил-КоА + СО 2 + НАДН
Оксоглютаратдегидрогеназа (α-кетоглутаратдегидрогеназа)

Эта реакция протекает в три этапа:

ΔG°' для этой реакции составляет -7,2 ккал моль −1 . Энергия, необходимая для этого окисления, сохраняется при образовании тиоэфирной связи сукцинил-КоА .

Регулирование

Оксоглютаратдегидрогеназа является ключевой контрольной точкой в ​​цикле лимонной кислоты. Она ингибируется своими продуктами, сукцинил-КоА и НАДН . Высокий энергетический заряд в клетке также будет ингибирующим. АДФ и ионы кальция являются аллостерическими активаторами фермента.

Контролируя количество доступных восстановительных эквивалентов, генерируемых циклом Кребса , оксоглутаратдегидрогеназа оказывает нисходящее регуляторное воздействие на окислительное фосфорилирование и производство АТФ . [2] Восстановительные эквиваленты (такие как НАД+/НАДН) поставляют электроны, которые проходят через цепь переноса электронов окислительного фосфорилирования. Повышенные уровни активации оксоглутаратдегидрогеназы служат для увеличения концентрации НАДН относительно НАД+. Высокие концентрации НАДН стимулируют увеличение потока через окислительное фосфорилирование.

Хотя увеличение потока через этот путь генерирует АТФ для клетки, этот путь также генерирует свободные радикалы в качестве побочного продукта, который может вызвать окислительный стресс в клетках, если его оставить накапливаться.

Оксоглютаратдегидрогеназа считается окислительно-восстановительным сенсором в митохондриях и обладает способностью изменять уровень функционирования митохондрий, помогая предотвращать окислительное повреждение. [3] В присутствии высокой концентрации свободных радикалов оксоглутаратдегидрогеназа подвергается полностью обратимому ингибированию, опосредованному свободными радикалами. [4] В крайних случаях фермент также может подвергаться полному окислительному ингибированию. [4]

При обработке митохондрий избытком перекиси водорода поток через цепь переноса электронов снижается, а выработка НАДН прекращается. [4] [5] После потребления и удаления источника свободных радикалов нормальная функция митохондрий восстанавливается.

Считается, что временное угнетение функции митохондрий происходит из-за обратимого глутатионилирования домена липоевой кислоты E2 оксоглутаратдегидрогеназы. [5] Глутатионилирование, форма посттрансляционной модификации , происходит во время повышенных концентраций свободных радикалов и может быть отменено после потребления перекиси водорода через глутаредоксин . [4] Глутатионилирование «защищает» липоевую кислоту домена E2 от окислительного повреждения, что помогает защитить комплекс оксоглутаратдегидрогеназы от окислительного стресса.

Активность оксоглутаратдегидрогеназы отключается в присутствии свободных радикалов, чтобы защитить фермент от повреждения. После того, как свободные радикалы потребляются клеткой, активность фермента снова включается через глутаредоксин. Снижение активности фермента во время окислительного стресса также служит для замедления потока через цепь переноса электронов, что замедляет производство свободных радикалов.

Помимо свободных радикалов и митохондриального окислительно-восстановительного состояния, активность оксоглутаратдегидрогеназы также регулируется соотношением АТФ/АДФ, соотношением сукцинил-КоА к КоА-SH и концентрациями различных кофакторов ионов металлов (Mg2+, Ca2+). [6] Многие из этих аллостерических регуляторов действуют на домен E1 ферментного комплекса, но все три домена ферментного комплекса могут контролироваться аллостерически. [7] Активность ферментного комплекса повышается при высоких уровнях АДФ и Pi, Ca2+ и КоА-SH. Фермент ингибируется высокими уровнями АТФ, высокими уровнями НАДН и высокими концентрациями сукцинил-КоА. [7]

Реакция на стресс

Оксоглютаратдегидрогеназа играет роль в клеточном ответе на стресс. Ферментный комплекс подвергается стресс-опосредованному временному торможению при остром воздействии стресса. Период временного торможения вызывает более сильную реакцию повышения регуляции, позволяя повышенному уровню активности оксоглутаратдегидрогеназы компенсировать острое воздействие стресса. [8] Острое воздействие стресса обычно происходит на более низких, переносимых клетками уровнях.

Патофизиологии могут возникнуть, когда стресс становится кумулятивным или развивается в хронический стресс. Реакция повышения регуляции, которая возникает после острого воздействия, может истощиться, если ингибирование ферментного комплекса становится слишком сильным. [8] Стресс в клетках может вызвать нарушение регуляции биосинтеза нейротрансмиттера глутамата . Токсичность глутамата в мозге вызвана накоплением глутамата во время стресса. Если активность оксоглутаратдегидрогеназы дисфункциональна (отсутствует адаптивная компенсация стресса), накопление глутамата не может быть исправлено, и могут возникнуть патологии мозга. Дисфункциональная оксоглутаратдегидрогеназа может также предрасполагать клетку к повреждению другими токсинами, которые могут вызывать нейродегенерацию . [9]

Патология

2-Оксоглутаратдегидрогеназа — это аутоантиген, распознаваемый при первичном билиарном циррозе , форме острой печеночной недостаточности. Эти антитела , по-видимому, распознают окисленный белок , который является результатом воспалительных иммунных реакций. Некоторые из этих воспалительных реакций объясняются чувствительностью к глютену . [10] Другие митохондриальные аутоантигены включают пируватдегидрогеназу и комплекс дегидрогеназы альфа-кетокислот с разветвленной цепью , которые являются антигенами, распознаваемыми антимитохондриальными антителами .

Активность комплекса 2-оксоглутаратдегидрогеназы снижается при многих нейродегенеративных заболеваниях. Болезнь Альцгеймера , болезнь Паркинсона , болезнь Хантингтона и надъядерный паралич связаны с повышенным уровнем окислительного стресса в мозге. [11] В частности, у пациентов с болезнью Альцгеймера активность оксоглутаратдегидрогеназы значительно снижена. [12] Это приводит к возможности того, что часть цикла TCA, ответственная за накопление свободных радикалов в мозге пациентов, представляет собой неисправный комплекс оксоглутаратдегидрогеназы. Механизм связанного с заболеванием ингибирования этого ферментного комплекса остается относительно неизвестным.

При метаболическом заболевании комбинированной малоновой и метилмалоновой ацидурии (CMAMMA) из-за дефицита ACSF3 нарушается синтез митохондриальных жирных кислот (mtFASII), что является предшествующей реакцией биосинтеза липоевой кислоты . [13] [14] Результатом является снижение степени липоилирования важных митохондриальных ферментов, таких как комплекс оксоглутаратдегидрогеназы (OGDC). [14]

Ссылки

  1. ^ McCartney RG, Rice JE, Sanderson SJ, Bunik V, Lindsay H, Lindsay JG (сентябрь 1998 г.). «Взаимодействия субъединиц в комплексе альфа-кетоглутаратдегидрогеназы млекопитающих. Доказательства прямой ассоциации компонентов альфа-кетоглутаратдегидрогеназы и дигидролипоамиддегидрогеназы». Журнал биологической химии . 273 (37): 24158–64. doi : 10.1074/jbc.273.37.24158 . PMID  9727038.
  2. ^ Tretter L, Adam-Vizi V (декабрь 2005 г.). «Альфа-кетоглутаратдегидрогеназа: цель и генератор окислительного стресса». Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series B, Biological Sciences . 360 (1464): 2335–45. doi :10.1098/rstb.2005.1764. PMC 1569585. PMID  16321804 . 
  3. ^ Маклейн А.Л., Шведа П.А., Шведа Л.И. (январь 2011 г.). «А-кетоглутаратдегидрогеназа: митохондриальный окислительно-восстановительный сенсор». Свободные радикальные исследования . 45 (1): 29–36. дои : 10.3109/10715762.2010.534163. ПМК 3169906 . ПМИД  21110783. 
  4. ^ abcd McLain AL, Cormier PJ, Kinter M, Szweda LI (август 2013 г.). «Глутатионилирование α-кетоглутаратдегидрогеназы: химическая природа и относительная восприимчивость кофактора липоевой кислоты к модификации». Free Radical Biology & Medicine . 61 : 161–9. doi : 10.1016/j.freeradbiomed.2013.03.020. PMC 3883985. PMID  23567190 . 
  5. ^ ab Applegate MA, Humphries KM, Szweda LI (январь 2008 г.). «Обратимое ингибирование альфа-кетоглутаратдегидрогеназы перекисью водорода: глутатионилирование и защита липоевой кислоты». Биохимия . 47 (1): 473–8. doi :10.1021/bi7017464. PMID  18081316.
  6. ^ Qi F, Pradhan RK, Dash RK, Beard DA (сентябрь 2011 г.). «Подробная кинетика и регуляция 2-оксоглутаратдегидрогеназы млекопитающих». BMC Biochemistry . 12 (1): 53. doi : 10.1186/1471-2091-12-53 . PMC 3195097. PMID  21943256 . 
  7. ^ ab Strumilo S (2005). «Часто игнорируемые факты о контроле комплекса 2-оксоглутаратдегидрогеназы». Биохимия и образование в области молекулярной биологии . 33 (4): 284–287. doi :10.1002/bmb.2005.49403304284. S2CID  86257831.
  8. ^ ab Граф А, Трофимова Л, Лошинская А, Мкртчян Г, Строкина А, Ловат М и др. (Январь 2013 г.). «Повышение регуляции 2-оксоглутаратдегидрогеназы как реакция на стресс». Международный журнал биохимии и клеточной биологии . 45 (1): 175–89. doi :10.1016/j.biocel.2012.07.002. PMID  22814169.
  9. ^ Gibson GE, Blass JP, Beal MF, Bunik V (2005). «Комплекс альфа-кетоглутарат-дегидрогеназы: медиатор между митохондриями и окислительным стрессом при нейродегенерации». Молекулярная нейробиология . 31 (1–3): 43–63. doi :10.1385/mn:31:1-3:043. PMID  15953811. S2CID  10787919.
  10. ^ Leung PS, Rossaro L, Davis PA, Park O, Tanaka A, Kikuchi K и др. (ноябрь 2007 г.). «Антимитохондриальные антитела при острой печеночной недостаточности: последствия для первичного билиарного цирроза». Гепатология . 46 (5): 1436–42. doi :10.1002/hep.21828. PMC 3731127. PMID  17657817 . 
  11. ^ Shi Q, Xu H, Yu H, Zhang N, Ye Y, Estevez AG и др. (май 2011 г.). «Инактивация и реактивация митохондриального комплекса α-кетоглутаратдегидрогеназы». Журнал биологической химии . 286 (20): 17640–8. doi : 10.1074/jbc.M110.203018 . PMC 3093839. PMID  21454586 . 
  12. ^ Sorbi S, Bird ED, Blass JP (январь 1983). «Снижение активности комплекса пируватдегидрогеназы в мозге при болезни Хантингтона и болезни Альцгеймера». Annals of Neurology . 13 (1): 72–8. doi :10.1002/ana.410130116. PMID  6219611. S2CID  29106528.
  13. ^ Левтова, Алина; Уотерс, Паула Дж.; Бухас, Даниэла; Левек, Себастьен; Орей-Блейс, Кристиан; Кларк, Джо ТР; Лафрамбуаз, Рэйчел; Маранда, Бруно; Митчелл, Грант А.; Брунель-Гиттон, Кэтрин; Браверман, Нэнси Э. (2019). «Комбинированная малоновая и метилмалоновая ацидурия, вызванная мутациями ACSF3: доброкачественное клиническое течение в неселектированной когорте». Журнал наследственных метаболических заболеваний . 42 (1): 107–116. doi : 10.1002/jimd.12032. ISSN  0141-8955.
  14. ^ аб Вебе, Зейнаб; Берингер, Сидни; Алатиби, Халед; Уоткинс, Дэвид; Розенблатт, Дэвид; Шпикеркоттер, Юте; Туччи, Сара (2019). «Новая роль митохондриальной синтазы жирных кислот (mtFASII) в регуляции энергетического метаболизма». Biochimica et Biophysical Acta (BBA) - Молекулярная и клеточная биология липидов . 1864 (11): 1629–1643. дои : 10.1016/j.bbalip.2019.07.012.

Дальнейшее чтение

Внешние ссылки