Dalam artikel ini kami akan mencoba menjelaskan dengan cara yang mudah dipahami apa itu kompleks piruvat dehidrogenase dan biokimia prosesnya, untuk mengungkap komposisi enzim dan koenzim, untuk menunjukkan peran dan signifikansi kompleks ini di alam dan kehidupan manusia. Selain itu, kemungkinan konsekuensi pelanggaran tujuan fungsional kompleks dan waktu manifestasinya akan dipertimbangkan.
Pengantar konsep
Piruvat dehidrogenase kompleks (PDH) adalah kompleks jenis protein yang berperan untuk melakukan oksidasi piruvat hasil dekarboksilasi. Kompleks ini mengandung 3 enzim, serta dua protein yang diperlukan untuk pelaksanaan fungsi tambahan. Agar kompleks piruvat dehidrogenase berfungsi, kofaktor tertentu harus ada. Ada lima di antaranya: CoA, nicotinamide adenine dinucleotide, flavin adenine dinucleotide, tiamin pirofosfat dan lipoat.
Lokalisasi PDH pada organisme bakteri terkonsentrasi di sitoplasma, sel eukariotik menyimpannyadalam matriks pada mitokondria.
Terkait dengan dekarboksilasi piruvat
Pentingnya kompleks piruvat dehidrogenase terletak pada reaksi oksidasi piruvat. Pertimbangkan inti dari proses ini.
Mekanisme oksidasi piruvat di bawah pengaruh dekarboksilasi adalah proses yang bersifat biokimiawi, di mana terjadi pembelahan molekul CO2 dalam bentuk tunggal, dan kemudian ini molekul ditambahkan ke piruvat, mengalami dekarboksilasi dan milik koenzim A (CoA). Ini adalah bagaimana asetil-KoA dibuat. Fenomena ini menempati tempat perantara antara proses glikolisis dan siklus asam trikarboksilat. Proses dikarboksilasi piruvat dilakukan dengan partisipasi MPC kompleks, yang, seperti disebutkan sebelumnya, mencakup tiga enzim dan dua protein tambahan.
Peran koenzim
Untuk kompleks piruvat dehidrogenase, enzim memainkan peran penting. Namun, mereka dapat memulai pekerjaan mereka hanya dengan adanya lima koenzim atau kelompok dari jenis prostetik yang tercantum di atas. Proses itu sendiri pada akhirnya akan mengarah pada fakta bahwa gugus asil akan dimasukkan dalam KoA-asetil. Berbicara tentang koenzim, perlu diketahui bahwa empat di antaranya termasuk dalam turunan vitamin: tiamin, riboflavin, niasin, dan asam pantotenat.
Flavina adenine dinucleotide dan nicotinamide adenine dinucleotide terlibat dalam transfer elektron, dan tiamin pirofosfat, yang dikenal banyak orang sebagaikoenzim dekarboksilat piruvat, masuk ke dalam reaksi fermentasi.
Aktivasi grup tiol
Koenzim asetilasi (A) - mengandung gugus tipe tiol (-SH), yang sangat aktif, sangat penting dan diperlukan agar KoA berfungsi sebagai zat yang dapat mentransfer gugus asil ke tiol dan membentuk tioeter. Ester tiol (tioeter) memiliki tingkat energi hidrolisis yang cukup tinggi yang bersifat bebas, sehingga memiliki potensi yang tinggi untuk mentransfer gugus asil ke berbagai molekul akseptor. Itulah sebabnya asetil KoA secara berkala disebut CH3COOH teraktivasi.
Transfer elektron
Selain empat kofaktor yang merupakan turunan vitamin, ada kofaktor ke-5 dari kompleks piruvat dehidrogenase, yang disebut lipoat. Ia memiliki 2 kelompok tipe tiol yang dapat mengalami oksidasi reversibel, yang menghasilkan pembentukan ikatan disulfida (-S-S-), yang mirip dengan bagaimana proses ini berlangsung antara asam amino dan residu sistein dalam protein. Kemampuan untuk mengoksidasi dan memulihkan memberikan lipoat kemampuan untuk menjadi pembawa tidak hanya gugus asil, tetapi juga elektron.
Kit enzimatik
Dari enzim, kompleks piruvat dehidrogenase mencakup tiga komponen utama. Enzim pertama adalah piruvat dehidrosenase (E1). Enzim kedua adalahdihydrolipoyl dehydrogenase (E3). Yang ketiga adalah dihydrolipoyltransacetylase (E2). Kompleks piruvat dehidrogenase mencakup enzim-enzim ini, menyimpannya dalam sejumlah besar salinan. Jumlah salinan setiap enzim dapat berbeda, dan oleh karena itu ukuran kompleks dapat sangat bervariasi. Kompleks PDH pada mamalia berdiameter sekitar 50 nanometer. Ini adalah 5-6 kali lebih besar dari diameter ribosom. Kompleks tersebut sangat besar, sehingga dapat dibedakan dalam mikroskop elektron.
Bakteri bacillus stearothermophilus gram positif memiliki enam puluh salinan identik dihydrolipoyl transacetylase dalam PDH-nya, yang pada gilirannya menciptakan dodecahedron tipe pentagonal dengan diameter sekitar 25 nanometer. Bakteri gram positif Escherichia coli mengandung dua puluh empat salinan E2, cat. menempelkan gugus prostetik lipoat ke dirinya sendiri, dan membentuk ikatan tipe amida dengan gugus amino dari residu lisin yang termasuk dalam E2.
Dihydrolipoyltransacetylase dibangun oleh interaksi 3 domain yang memiliki perbedaan fungsional. Ini adalah: domain lipoyl aminoterminal yang mengandung residu lisin dan terkait dengan lipoat; domain pengikat (pusat E1- dan E3-); domain asiltransferase internal, yang mencakup pusat asiltransferase tipe aktif.
Kompleks dehidrogenase piruvat ragi hanya memiliki satu domain tipe lipoil, mamalia memiliki dua domain tersebut, dan bakteri Escherichia coli memiliki tiga domain. Urutan penghubung asam amino yangdari dua puluh hingga tiga puluh residu asam amino, berbagi E2, sedangkan residu alanin dan prolin diselingi dengan residu asam amino yang bermuatan. Linker ini paling sering memiliki bentuk yang diperpanjang. Fitur ini memengaruhi fakta bahwa mereka berbagi 3 domain.
Hubungan Asal
E1 membuat koneksi dengan TTP dengan pusat aktifnya, dan pusat aktif E3 membuat koneksi dengan FAD. Tubuh manusia mengandung enzim E1 dalam bentuk tetramer, yang terdiri dari empat subunit: dua E1alpha dan dua E 1 beta. Protein pengatur disajikan dalam bentuk protein kinase dan fosfoprotein fosfatase. Jenis struktur ini (E1- E2- E 3) tetap menjadi elemen konservatisme dalam pengajaran evolusi. Kompleks dengan struktur dan struktur yang sama dapat berpartisipasi dalam berbagai reaksi yang berbeda dari reaksi standar, misalnya, ketika -ketoglutarat dioksidasi selama siklus Krebs, asam -keto juga dioksidasi, yang terbentuk karena penggunaan katabolik. asam amino tipe bercabang: valin, leusin dan isoleusin.
Kompleks piruvat dehidrogenase memiliki enzim E3, yang juga ditemukan di kompleks lain. Kesamaan struktur protein, kofaktor dan juga mekanisme reaksi menunjukkan asal yang sama. Lipoat melekat pada lisin E2, dan semacam "tangan" dibuat yang dapat bergerak dari pusat aktif E1 ke pusat aktif E 2 danE3, yang kira-kira 5 nm.
Eukariota dalam kompleks piruvat dehidrogenase mengandung dua belas subunit E3BP (E3 – protein pengikat yang bersifat non-katalitik). Lokasi pasti dari protein ini tidak diketahui. Ada hipotesis bahwa protein ini menggantikan beberapa subset. E2 dalam PDH sapi.
Komunikasi dengan mikroorganisme
Kompleks yang dipertimbangkan melekat pada beberapa jenis bakteri anaerob. Namun, jumlah organisme bakteri yang memiliki PDH dalam strukturnya sedikit. Fungsi yang dilakukan oleh kompleks pada bakteri, sebagai suatu peraturan, direduksi menjadi proses umum. Misalnya, peran kompleks piruvat dehidrogenase dalam bakteri Zymonomonas mobilis adalah fermentasi alkohol. Bakteri piruvat dalam jumlah hingga 98% akan digunakan untuk tujuan tersebut. Beberapa persen sisanya dioksidasi menjadi karbon dioksida, nikotinamida adenin dinukleotida, asetil-KoA, dll. Struktur kompleks piruvat dehidrogenase di Zymomonas mobilis menarik. Mikroorganisme ini memiliki empat enzim: E1alpha, E1beta, E2 dan E 3. PDH bakteri ini mengandung domain lipoil dalam E1beta, yang membuatnya unik. Inti kompleksnya adalah E2, dan organisasi kompleks itu sendiri berbentuk segi lima segi lima. Zymomonas mobilis tidak memiliki seluruh rangkaian enzim dari siklus asam trikarboksilat, dan oleh karena itu PDH-nya hanya terlibat dalam fungsi anabolik.
PDH dalam man
Manusia, seperti organisme hidup lainnya,memiliki gen yang mengkode PDH. Gen E1alpha – PDHA 1 terlokalisasi pada kromosom X. pada defisiensi PDH. Gejala penyakit dapat sangat bervariasi dari masalah asidosis laktat ringan hingga malformasi mematikan dalam perkembangan tubuh. Pria yang kromosom X-nya memiliki alel yang sama akan segera meninggal pada usia yang sangat muda. Individu wanita juga terkena penyakit ini, tetapi pada tingkat yang lebih rendah, dan masalahnya sendiri adalah inaktivasi dari setiap kromosom X.
Masalah mutasi
E1beta - PDHB - terletak di kromosom ketiga. Hanya dua alel dari tipe mutan yang diketahui untuk gen ini, yang berada dalam posisi homozigot, menyebabkan hasil yang mematikan sepanjang tahun, yang dikaitkan dengan malformasi.
Mungkin ada alel serupa lainnya yang dapat menyebabkan kematian sebelum organisme berkembang sepenuhnya. E2 - DLAT - terkonsentrasi pada kromosom kesebelas. Umat manusia tahu tentang dua alel gen ini yang akan menciptakan masalah di masa depan, tetapi diet yang tepat dapat mengimbanginya. Ada kemungkinan besar bahwa janin akan mati di dalam rahim karena mutasi lain pada gen ini. E3 - dld - terletak pada kromosom ketujuh dan mencakup sejumlah besar alel. Cukupsebagian besar dari mereka mengarah pada terjadinya penyakit yang bersifat genetik, yang akan dikaitkan dengan pelanggaran metabolisme asam amino.
Kesimpulan
Kami telah mempertimbangkan betapa pentingnya kompleks piruvat dehidrogenase bagi organisme hidup. Reaksi yang terjadi di dalamnya terutama ditujukan pada dekarboksilasi piruvat melalui oksidasi, dan PDH sendiri sangat terspesialisasi, tetapi dalam kondisi yang berbeda, dengan alasan tertentu, ia juga dapat melakukan fungsi yang sifatnya berbeda, misalnya, berpartisipasi dalam fermentasi. Kami juga menemukan bahwa kompleks tipe protein yang terlibat dalam oksidasi piruvat terdiri dari lima enzim yang tetap berfungsi hanya dengan adanya lima kofaktor. Setiap perubahan dalam algoritma mekanisme kompleks dekarboksilasi dapat menyebabkan patologi serius dan bahkan menyebabkan kematian individu.
