stringtranslate.com

Пируватдегидрогеназа

Пируватдегидрогеназа — это фермент , катализирующий реакцию пирувата и липоамида с образованием ацетилированного дигидролипоамида и углекислого газа . Для превращения требуется кофермент тиаминпирофосфат .

Пируватдегидрогеназа обычно встречается как компонент, называемый E1, пируватдегидрогеназного комплекса (PDC). PDC состоит из других ферментов, называемых E2 и E3. В совокупности E1-E3 преобразуют пируват , NAD + , кофермент A в ацетил-КоА , CO2 и NADH. Преобразование имеет решающее значение, поскольку ацетил-КоА затем может использоваться в цикле лимонной кислоты для осуществления клеточного дыхания . [2] Чтобы отличить этот фермент от PDC, его систематически называют пируватдегидрогеназой (ацетилпереносящей) .

Механизм

Упрощенный механизм реакции пируватдегидрогеназы. Кофермент ТПФ показан с сокращенными заместителями.

Тиаминпирофосфат (TPP) преобразуется в илид путем депротонирования. Илид атакует кетонную группу пирувата. Полученный аддукт декарбоксилирует . Полученный 1,3-диполь восстановительно ацетилирует липоамид-E2. [2]

В деталях биохимические и структурные данные для E1 выявили механизм активации кофермента TPP путем образования консервативной водородной связи с остатком глутамата (Glu59 в человеческом E1) и путем наложения V-конформации, которая приводит атом N4' аминопиримидина к внутримолекулярной водородной связи с атомом тиазолия C2. Эта уникальная комбинация контактов и конформаций TPP в конечном итоге приводит к образованию реактивного C2-карбаниона. После того, как кофактор TPP декарбоксилирует пируват, ацетильная часть становится гидроксиэтильным производным, ковалентно присоединенным к TPP. [1]

Структура

E1 — это мультимерный белок. E1 млекопитающих, включая человеческий E1, являются тетрамерными, состоящими из двух α- и двух β-субъединиц. [1] Некоторые бактериальные E1, включая E1 из Escherichia coli , состоят из двух похожих субъединиц, каждая из которых имеет размер, равный сумме молекулярных масс α- и β-субъединиц. [3]

Субъединица пируватдегидрогеназы E1 E. coli . Цвета представляют различные цепи. Структура определена Арджунаном и др. Биохимия 2002. Создано с помощью PyMol.

Активный сайт

E1 имеет два каталитических сайта, каждый из которых обеспечивает тиаминпирофосфат ( TPP ) и ион магния в качестве кофакторов. α-субъединица связывает ион магния и фрагмент пирофосфата, в то время как β-субъединица связывает пиримидиновый фрагмент TPP , образуя вместе каталитический сайт на интерфейсе субъединиц. [1]

Активный центр пируватдегидрогеназы (изображение создано из PDB : 1NI4 ​) удерживает TPP посредством лигирования металла с ионом магния (фиолетовая сфера) и посредством водородных связей с аминокислотами. Хотя в активном центре можно обнаружить более 20 аминокислот, аминокислоты Tyr 89, Arg 90, Gly 136, Val 138, Asp 167, Gly 168, Ala 169, Asn, 196 и His 263 фактически участвуют в водородных связях для удержания TPP и пирувата (здесь не показано) в активном центре. Аминокислоты показаны в виде проводов, а TPP имеет форму шара и палочки. Активный центр также способствует переносу ацила на TPP на липоамид, ожидающий E2. [1]

Регулирование

Фосфорилирование E1 пируватдегидрогеназной киназой (PDK) инактивирует E1 и впоследствии весь комплекс. PDK ингибируется дихлоруксусной кислотой и пируватом , что приводит к большему количеству активной, нефосфорилированной PDH. [4] Фосфорилирование обращается пируватдегидрогеназной фосфатазой , которая стимулируется инсулином , PEP и AMP , но конкурентно ингибируется АТФ , НАДН и ацетил-КоА .

Регуляция пируватдегидрогеназы

Патология

Пируватдегидрогеназа является мишенью аутоантигена, известного как антимитохондриальные антитела (AMA), что приводит к прогрессирующему разрушению мелких желчных протоков печени, что приводит к первичному билиарному циррозу . Эти антитела, по-видимому, распознают окисленный белок, который является результатом воспалительных иммунных реакций. Некоторые из этих воспалительных реакций могут быть связаны с чувствительностью к глютену , поскольку более 50% пациентов с острой печеночной недостаточностью в одном исследовании демонстрировали немитохондриальные аутоантитела против тканевой трансглутаминазы . [5] Другие митохондриальные аутоантигены включают оксоглутаратдегидрогеназу и комплекс дегидрогеназы альфа-кетокислот с разветвленной цепью , которые являются антигенами, распознаваемыми антимитохондриальными антителами .

Повышенная активность пируватдегидрогеназы (ПДГ) может вызывать вызванное онкогенами клеточное старение , а также способствовать старению. [6] Снижение активности митохондриальной ПДГ с возрастом было показано в сердце, а также в определенных областях мозга ( полосатом теле и стволе мозга ). [6]

Дефицит пируватдегидрогеназы (ПДГ) является врожденным дегенеративным метаболическим заболеванием, возникающим в результате мутации комплекса пируватдегидрогеназы (ПДК), расположенного на Х-хромосоме. Хотя дефекты были выявлены во всех 3 ферментах комплекса, субъединица E1-α является преимущественно виновником. Нарушение цикла лимонной кислоты из-за дефицита ПДГ лишает организм энергии и приводит к аномальному накоплению лактата. Дефицит ПДГ является распространенной причиной лактатацидоза у новорожденных и часто проявляется тяжелой летаргией, плохим питанием, тахипноэ, а также имели место случаи смерти. [7]

Примеры

Человеческие белки, обладающие активностью пируватдегидрогеназы, включают:

Родственные ферменты

У бактерий существует форма пируватдегидрогеназы (также называемая пируватоксидазой, EC 1.2.2.2), которая связывает окисление пирувата в ацетат и углекислый газ с восстановлением ферроцитохрома. У E. coli этот фермент кодируется геном pox B , а белок имеет кофактор флавина. [8] Этот фермент увеличивает эффективность роста E. coli в аэробных условиях. [9]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abcde PDB : 1ni4 ​; Ciszak EM, Korotchkina LG, Dominiak PM, Sidhu S, Patel MS (июнь 2003 г.). "Структурная основа флип-флоп действия тиаминпирофосфатзависимых ферментов, выявленная человеческой пируватдегидрогеназой". J. Biol. Chem . 278 (23): 21240–6. doi : 10.1074/jbc.M300339200 . hdl : 2060/20030106063 . PMID  12651851.
  2. ^ ab JM Berg; JL Tymoczko, L. Stryer (2007). Биохимия (6-е изд.). Freeman. ISBN 978-0-7167-8724-2.
  3. ^ Arjunan P, Nemeria N, Brunskill A, Chandrasekhar K, Sax M, Yan Y и др. (апрель 2002 г.). «Структура компонента E1 мультиферментного комплекса пируватдегидрогеназы из Escherichia coli при разрешении 1,85 А». Биохимия . 41 (16): 5213–21. doi :10.1021/bi0118557. PMID  11955070.
  4. ^ Jaimes, R 3rd (июль 2015). «Функциональный ответ изолированного перфузируемого нормоксического сердца на активацию пируватдегидрогеназы дихлорацетатом и пируватом». Pflügers Arch . 468 (1): 131–42. doi :10.1007/s00424-015-1717-1. PMC 4701640. PMID  26142699 . {{cite journal}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )
  5. ^ Leung PS, Rossaro L, Davis PA, et al. (2007). «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 . 
  6. ^ ab Veech RL, Bradshaw PC, King MT (2017). «Кетоновые тела имитируют свойства ограничения калорийности, увеличивающие продолжительность жизни». IUBMB Life . 69 (5): 305–314. doi : 10.1002/iub.1627 . PMID  28371201. S2CID  19807849.
  7. ^ Дефицит комплекса пируватдегидрогеназы на eMedicine
  8. ^ Recny MA, Hager LP (1982). «Восстановление нативной пируватоксидазы Escherichia coli из мономеров апофермента и FAD». J. Biol. Chem . 257 (21): 12878–86. doi : 10.1016/S0021-9258(18)33597-X . PMID  6752142.
  9. ^ Абдель-Хамид AM, Эттвуд MM, Гест JR (2001). «Пируватоксидаза способствует эффективности аэробного роста Escherichia coli». Микробиология . 147 (Pt 6): 1483–98. doi : 10.1099/00221287-147-6-1483 . PMID  11390679.

Внешние ссылки