Այս հոդվածում մենք կփորձենք մատչելի կերպով բացատրել, թե ինչ է իրենից ներկայացնում պիրուվատդեհիդրոգենազային համալիրը և գործընթացի կենսաքիմիան, բացահայտել ֆերմենտների և կոֆերմենտների բաղադրությունը, ցույց տալ այս համալիրի դերն ու նշանակությունը բնության մեջ: և մարդկային կյանքը։ Բացի այդ, կդիտարկվեն համալիրի ֆունկցիոնալ նպատակի խախտման հնարավոր հետևանքները և դրանց դրսևորման ժամանակը:
Հայեցակարգի ներածություն
Պիրուվատդեհիդրոգենազային համալիրը (PDH) սպիտակուցային տիպի համալիր է, որի դերն է իրականացնել պիրուվատի օքսիդացումը դեկարբոքսիլացման արդյունքում: Այս համալիրը պարունակում է 3 ֆերմենտ, ինչպես նաև երկու սպիտակուցներ, որոնք անհրաժեշտ են օժանդակ գործառույթների իրականացման համար։ Որպեսզի պիրուվատդեհիդրոգենազային համալիրը գործի, պետք է լինեն որոշակի կոֆակտորներ: Դրանք հինգն են՝ CoA, նիկոտինամիդ ադենին դինուկլեոտիդ, ֆլավին ադենին դինուկլեոտիդ, թիամին պիրոֆոսֆատ և լիպոատ։
ՊԴՀ-ի տեղայնացումը բակտերիալ օրգանիզմներում կենտրոնացած է ցիտոպլազմայում, էուկարիոտիկ բջիջները այն պահպանում ենմիտոքոնդրիաների մատրիցայում։
կապված պիրուվատ դեկարբոքսիլացման հետ
Պիրուվատդեհիդրոգենազային համալիրի նշանակությունը պիրվատի օքսիդացման ռեակցիայի մեջ է: Հաշվի առեք այս գործընթացի էությունը:
Պիրուվատի օքսիդացման մեխանիզմը դեկարբոքսիլացման ազդեցության տակ կենսաքիմիական բնույթի գործընթաց է, որի ժամանակ տեղի է ունենում CO2 մոլեկուլի ճեղքում եզակի մեջ, և այնուհետև սա. մոլեկուլը ավելացվում է պիրուվատին, ենթարկվում դեկարբոքսիլացման և պատկանում է կոենզիմ A-ին (CoA): Այսպես է ստեղծվում ացետիլ-KoA-ն։ Այս երեւույթը միջանկյալ տեղ է գրավում գլիկոլիզի գործընթացների և եռաքարբոքսիլաթթվի ցիկլի միջև։ Պիրուվատի դիկարբոքսիլացման պրոցեսն իրականացվում է բարդ ՍԹԿ-ի մասնակցությամբ, որը, ինչպես նախկինում նշվեց, ներառում է երեք ֆերմենտ և երկու օժանդակ սպիտակուց։
Կոֆերմենտների դերը
Պիրուվատդեհիդրոգենազային համալիրի համար ֆերմենտները վճռորոշ դեր են խաղում: Այնուամենայնիվ, նրանք կարող են սկսել իրենց աշխատանքը միայն վերը թվարկված հինգ կոֆերմենտների կամ պրոթեզային տիպի խմբերի առկայության դեպքում: Գործընթացն ինքնին ի վերջո կհանգեցնի նրան, որ ացիլային խումբը կներառվի CoA-ացետիլում: Խոսելով կոֆերմենտների մասին՝ դուք պետք է իմանաք, որ դրանցից չորսը պատկանում են վիտամինների ածանցյալներին՝ թիամին, ռիբոֆլավին, նիացին և պանտոտենաթթու։
Ֆլավինա ադենին դինուկլեոտիդը և նիկոտինամիդ ադենին դինուկլեոտիդը ներգրավված են էլեկտրոնների փոխանցման մեջ, և թիամին պիրոֆոսֆատը, որը շատերին հայտնի է որպեսպիրուվատ դեկարբոքսիլային կոենզիմ, մտնում է խմորման ռեակցիաների մեջ։
Թիոլի խմբի ակտիվացում
Ացետիլացման կոֆերմենտ (A) - պարունակում է թիոլի տիպի խումբ (-SH), որը շատ ակտիվ է, կարևոր և անհրաժեշտ է, որ CoA-ն գործի որպես նյութ, որը կարող է ացիլային խումբը տեղափոխել թիոլ և ձևավորել: թիոեթեր. Թիոլների (թիոեթերների) էսթերներն ունեն ազատ բնույթի հիդրոլիզի էներգիայի բավականին բարձր արագություն, հետևաբար նրանք ունեն ակիլ խումբ տարբեր ընդունող մոլեկուլներ փոխանցելու մեծ ներուժ: Այդ իսկ պատճառով ացետիլ CoA-ն պարբերաբար կոչվում է ակտիվացված CH3COOH:
Էլեկտրոնային փոխանցում
Բացի չորս կոֆակտորներից, որոնք վիտամինների ածանցյալ են, կա պիրուվատդեհիդրոգենազի համալիրի 5-րդ կոֆակտորը, որը կոչվում է լիպոատ: Այն ունի թիոլի 2 խումբ, որոնք կարող են ենթարկվել շրջելի օքսիդացման, ինչը հանգեցնում է դիսուլֆիդային կապի (-S-S-) ձևավորմանը, որը նման է այն բանին, թե ինչպես է այս գործընթացը ընթանում սպիտակուցներում ամինաթթուների և ցիստեինի մնացորդների միջև: Օքսիդացնելու և վերականգնելու ունակությունը լիպոատին տալիս է ոչ միայն ակիլ խմբի, այլև էլեկտրոնների կրող կարողություն։
Ֆերմենտային հավաքածու
Ֆերմենտներից պիրուվատդեհիդրոգենազային համալիրը ներառում է երեք հիմնական բաղադրիչ. Առաջին ֆերմենտը պիրուվատ դեհիդրոսենազն է (E1): Երկրորդ ֆերմենտն էdihydrolipoyl dehydrogenase (E3): Երրորդը դիհիդրոլիպոիլտրանսացետիլազն է (E2): Պիրուվատ դեհիդրոգենազային համալիրը ներառում է այդ ֆերմենտները՝ դրանք պահելով մեծ քանակությամբ օրինակներով: Յուրաքանչյուր ֆերմենտի կրկնօրինակների թիվը կարող է տարբեր լինել, և, հետևաբար, համալիրի չափերը կարող են շատ տարբեր լինել: Կաթնասունների մոտ PDH համալիրը տրամագծով մոտ 50 նանոմետր է: Սա 5-6 անգամ մեծ է ռիբոսոմի տրամագծից։ Նման բարդույթները շատ մեծ են, ուստի դրանք կարելի է տարբերել էլեկտրոնային մանրադիտակով։
Գրամադրական բացիլուս stearothermophilus բակտերիան իր PDH-ում ունի դիհիդրոլիպոյլ տրանսացետիլազի վաթսուն նույնական կրկնօրինակներ, որոնք իրենց հերթին ստեղծում են հնգանկյուն տիպի դոդեկաեդրոն՝ մոտավորապես 25 նանոմետր տրամագծով: Գրամ-դրական Escherichia coli բակտերիան պարունակում է E2, կատուի քսանչորս օրինակ: կապում է լիպոատի պրոթեզային խումբն իրեն, և այն հաստատում է ամիդային կապ լիզինի մնացորդի ամինախմբի հետ, որը ներառված է E2:
Դիհիդրոլիպոիլտրանսացետիլազը կառուցված է 3 տիրույթների փոխազդեցությամբ, որոնք ունեն ֆունկցիոնալ տարբերություններ: Սրանք են. ամինոտերմինալ լիպոիլ տիրույթ, որը պարունակում է լիզինի մնացորդ և կապված է լիպոատի հետ; պարտադիր տիրույթ (կենտրոնական E1- և E3-); ներքին ացիլտրանսֆերազային տիրույթ, որը ներառում է ակտիվ տիպի ացիլտրանսֆերազային կենտրոններ։
Խմորիչ պիրուվատ դեհիդրոգենազային համալիրն ունի միայն մեկ լիպոիլ տիպի տիրույթ, կաթնասուններն ունեն երկու այդպիսի տիրույթ, իսկ Escherichia coli բակտերիան՝ երեք: Ամինաթթուների կապող հաջորդականությունը, որոնք ենքսանից երեսուն ամինաթթուների մնացորդներից, կիսում է E2, մինչդեռ ալանինի և պրոլինի մնացորդները ցրված են ամինաթթուների մնացորդներով, որոնք լիցքավորված են: Այս կապակցիչները ամենից հաճախ ունեն ընդլայնված ձևեր: Այս հատկությունը ազդում է այն փաստի վրա, որ նրանք կիսում են 3 տիրույթ:
Ծագման հարաբերություն
E1 -ը կապ է հաստատում TTP-ի հետ իր ակտիվ կենտրոնով, իսկ ակտիվ կենտրոնը E3 կապ է հաստատում FAD-ի հետ: Մարդու մարմինը պարունակում է E1 ֆերմենտը տետրամերի տեսքով, որը բաղկացած է չորս ենթամիավորներից՝ երկու E1ալֆա և երկու E: 1 բետա: Կարգավորող սպիտակուցները ներկայացված են պրոտեին կինազի և ֆոսֆոպրոտեին ֆոսֆատազի տեսքով։ Այս տեսակի կառուցվածքը (E1- E2- E 3) մնում է պահպանողականության տարր էվոլյուցիոն ուսուցման մեջ: Նմանատիպ կառուցվածքով և կառուցվածքով բարդույթները կարող են մասնակցել մի շարք ռեակցիաների, որոնք տարբերվում են ստանդարտներից, օրինակ, երբ α-կետոգլուտարատը օքսիդանում է Կրեբսի ցիկլի ընթացքում, օքսիդանում է նաև α-կետո թթուն, որը ձևավորվել է կատաբոլիկ օգտագործման հետևանքով։ ճյուղավորված տիպի ամինաթթուներից՝ վալին, լեյցին և իզոլեյցին։
Պիրուվատդեհիդրոգենազային համալիրն ունի E3 ֆերմենտը, որը նույնպես հանդիպում է այլ բարդույթներում: Սպիտակուցի կառուցվածքի, կոֆակտորների և նաև ռեակցիայի մեխանիզմների նմանությունը վկայում է ընդհանուր ծագման մասին: Լիպոատը կցվում է E2 լիզինին, և ստեղծվում է մի տեսակ «ձեռք», որը կարող է շարժվել E1 ակտիվ կենտրոնից դեպի ակտիվ կենտրոններ E 2 ևE3, որը մոտավորապես 5 նմ է:
Էուկարիոտները պիրուվատդեհիդրոգենազային համալիրում պարունակում են E3BP-ի տասներկու ենթամիավորներ (E3 – ոչ կատալիտիկ բնույթի կապող սպիտակուց): Այս սպիտակուցի ճշգրիտ տեղը հայտնի չէ: Վարկած կա, որ այս սպիտակուցը փոխարինում է ենթաբազմության որոշ ենթաբազմություն: E2 կովի PDH-ում:
Հաղորդակցություն միկրոօրգանիզմների հետ
Դիտարկվող համալիրը բնորոշ է անաէրոբ բակտերիաների որոշ տեսակների: Այնուամենայնիվ, մանրէային օրգանիզմների թիվը, որոնք ունեն PDH իրենց կառուցվածքում, փոքր է: Բակտերիաներում համալիրի կատարած գործառույթները, որպես կանոն, կրճատվում են ընդհանուր գործընթացների։ Օրինակ, պիրուվատդեհիդրոգենազային համալիրի դերը Zymonomonas mobilis բակտերիայում ալկոհոլային խմորումն է: Նման նպատակների համար կսպառվեն մինչև 98% պիրուվատ բակտերիաներ։ Մնացած մի քանի տոկոսը օքսիդացված է ածխաթթու գազով, նիկոտինամիդ ադենին դինուկլեոտիդով, ացետիլ-CoA-ով և այլն: Հետաքրքիր է պիրուվատդեհիդրոգենազային համալիրի կառուցվածքը Zymomonas mobilis-ում: Այս միկրոօրգանիզմն ունի չորս ֆերմենտ՝ E1ալֆա, E1բետա, E2 և E 3. Այս մանրէի PDH-ն պարունակում է լիպոիլ դոմեն E1բետա-ի սահմաններում, ինչը այն դարձնում է եզակի: Համալիրի միջուկը E2 է, իսկ համալիրի կազմակերպումն ինքնին ընդունում է հնգանկյուն տասներկուանիստի ձև։ Zymomonas mobilis-ը չունի եռաքարբոքսիլաթթվի ցիկլի ֆերմենտների մի ամբողջ շարք, և, հետևաբար, նրա PDH-ն զբաղվում է միայն անաբոլիկ ֆունկցիաներով:
PDH տղամարդու մոտ
Մարդը, ինչպես մյուս կենդանի օրգանիզմները,ունի PDH կոդավորող գեներ: E1ալֆա – PDHA 1 գենը տեղայնացված է X քրոմոսոմում, մինչև PDH անբավարարություն: Հիվանդության ախտանշանները կարող են շատ տարբեր լինել՝ կաթնաթթվային թթվայնության մեղմ խնդիրներից մինչև մարմնի զարգացման մահացու արատներ: Տղամարդիկ, որոնց X քրոմոսոմը պարունակում է նմանատիպ ալել, շուտով կմահանան շատ երիտասարդ տարիքում: Այս հիվանդությամբ տառապում են նաև իգական սեռի անհատները, բայց ավելի քիչ չափով, և խնդիրն ինքնին ցանկացած X քրոմոսոմի ապաակտիվացումն է։
Մուտացիաների խնդիրներ
E1բետա - PDHB - գտնվում է երրորդ քրոմոսոմում: Այս գենի համար հայտնի է մուտանտի տիպի միայն երկու ալել, որոնք, լինելով հոմոզիգոտ դիրքում, բերում են մահացու ելքի ամբողջ տարվա ընթացքում, ինչը կապված է արատների հետ։
Հավանաբար կան նմանատիպ այլ ալելներ, որոնք կարող են մահվան պատճառ դառնալ մինչև օրգանիզմի լիարժեք զարգացումը։ E2 - DLAT - կենտրոնացած է տասնմեկերորդ քրոմոսոմի վրա: Մարդկությունը գիտի այս գենի երկու ալելի մասին, որոնք ապագայում խնդիրներ կստեղծեն, սակայն ճիշտ սննդակարգը կարող է փոխհատուցել դա։ Մեծ հավանականություն կա, որ պտուղը կմահանա արգանդում այս գենի այլ մուտացիաների պատճառով: E3 - dld - գտնվում է յոթերորդ քրոմոսոմում և ներառում է մեծ թվով ալելներ: Բավականդրանց մեծ տոկոսը հանգեցնում է գենետիկական բնույթի հիվանդությունների առաջացման, որոնք կապված կլինեն ամինաթթուների նյութափոխանակության խախտման հետ։
Եզրակացություն
Մենք դիտարկել ենք, թե որքան կարևոր է պիրուվատդեհիդրոգենազային համալիրը կենդանի օրգանիզմների համար: Դրանում տեղի ունեցող ռեակցիաները հիմնականում ուղղված են պիրուվատի օքսիդացմանը, և PDH-ն ինքնին խիստ մասնագիտացված է, բայց տարբեր պայմաններում, որոշակի պատճառներով, այն կարող է նաև կատարել այլ բնույթի գործառույթներ, օրինակ՝ մասնակցել խմորմանը: Մենք նաև պարզեցինք, որ սպիտակուցային տիպի բարդույթները, որոնք ներգրավված են պիրուվատի օքսիդացման մեջ, բաղկացած են հինգ ֆերմենտներից, որոնք գործում են միայն հինգ կոֆակտորների առկայության դեպքում: Դեկարբոքսիլացման բարդ մեխանիզմի ալգորիթմի ցանկացած փոփոխություն կարող է առաջացնել լուրջ պաթոլոգիաներ և նույնիսկ հանգեցնել անհատի մահվան։