في هذه المقالة سنحاول أن نشرح بطريقة يسهل الوصول إليها ماهية مركب نازعة الهيدروجين البيروفيت والكيمياء الحيوية للعملية ، للكشف عن تكوين الإنزيمات والإنزيمات المساعدة ، للإشارة إلى دور وأهمية هذا المركب في الطبيعة وحياة الإنسان. بالإضافة إلى ذلك ، سيتم النظر في النتائج المحتملة لانتهاك الغرض الوظيفي للمجمع ووقت ظهورها.
مقدمة للمفهوم
مركب Pyruvate dehydrogenase (PDH) هو مركب من نوع البروتين يتمثل دوره في إجراء أكسدة البيروفات نتيجة نزع الكربوكسيل. يحتوي هذا المركب على 3 إنزيمات ، بالإضافة إلى بروتينين ضروريين لتنفيذ الوظائف المساعدة. لكي يعمل مركب نازعة هيدروجين البيروفات ، يجب أن تكون بعض العوامل المساعدة موجودة. هناك خمسة منهم: CoA ، نيكوتيناميد الأدينين ثنائي النوكليوتيد ، فلافين الأدينين ثنائي النوكليوتيد ، بيروفوسفات الثيامين و ليبوات.
توطين PDH في الكائنات البكتيرية يتركز في السيتوبلازم ، وتخزنه الخلايا حقيقية النواةفي المصفوفة على الميتوكوندريا.
المرتبط بنزع الكربوكسيل من البيروفات
تكمن أهمية مركب نازعة هيدروجين البيروفات في تفاعل أكسدة البيروفات. ضع في اعتبارك جوهر هذه العملية.
آلية أكسدة البيروفات تحت تأثير نزع الكربوكسيل هي عملية ذات طبيعة كيميائية حيوية ، حيث يحدث انقسام ثاني أكسيد الكربون2جزيء في المفرد ، ثم هذا يضاف جزيء إلى البيروفات ، ويخضع لنزع الكربوكسيل وينتمي إلى الإنزيم المساعد A (CoA). هذه هي الطريقة التي يتم بها إنشاء acetyl-KoA. تحتل هذه الظاهرة مكانًا وسيطًا بين عمليات تحلل السكر ودورة حمض الكربوكسيل. يتم تنفيذ عملية ثنائي الكربوكسيل البيروفات بمشاركة MPC معقد ، والذي ، كما ذكرنا سابقًا ، يتضمن ثلاثة إنزيمات وبروتينين إضافيين.
دور الإنزيمات المساعدة
بالنسبة لمركب نازعة هيدروجين البيروفات ، تلعب الإنزيمات دورًا مهمًا. ومع ذلك ، لا يمكنهم بدء عملهم إلا في وجود خمسة أنزيمات أو مجموعات من النوع التعويضي المذكورة أعلاه. ستؤدي العملية نفسها في النهاية إلى حقيقة أن مجموعة الأسيل سيتم تضمينها في CoA-acetyl. عند الحديث عن الإنزيمات المساعدة ، عليك أن تعرف أن أربعة منها تنتمي إلى مشتقات الفيتامينات: الثيامين والريبوفلافين والنياسين وحمض البانتوثنيك.
فلافينا الأدينين ثنائي النوكليوتيد و نيكوتيناميد الأدينين ثنائي النوكليوتيد متورطان في نقل الإلكترون ، و بيروفوسفات الثيامين ، المعروف للكثيرين باسمأنزيم بيروفات منزوع الكربوكسيل ، يدخل في تفاعلات التخمير.
تفعيل مجموعة ثيول
أنزيم الأسيتيل (A) - يحتوي على مجموعة من نوع ثيول (-SH) ، وهي نشطة للغاية ، ومن الضروري والضروري أن يعمل CoA كمواد يمكنها نقل مجموعة الأسيل إلى الثيول وتشكيلها ثيوثير. تتمتع استرات الثيول (thioethers) بمعدل مرتفع إلى حد ما من طاقة التحلل المائي ذات الطبيعة الحرة ، وبالتالي فهي تتمتع بإمكانية عالية لنقل مجموعة أسيل إلى مجموعة متنوعة من الجزيئات المستقبلة. هذا هو السبب في أن acetyl CoA يسمى بشكل دوري CH3COOH.
نقل الإلكترون
بالإضافة إلى العوامل المساعدة الأربعة التي هي مشتقات الفيتامينات ، هناك العامل المساعد الخامس لمركب البيروفات ديهيدروجينيز ، المسمى ليبوات. يحتوي على مجموعتين من نوع الثيول التي يمكن أن تخضع للأكسدة العكسية ، مما يؤدي إلى تكوين رابطة ثاني كبريتيد (-S-S-) ، وهو مشابه لكيفية استمرار هذه العملية بين الأحماض الأمينية وبقايا السيستين في البروتينات. تعطي القدرة على الأكسدة والتعافي القدرة على أن تكون حاملة ليس فقط لمجموعة الأسيل ، ولكن أيضًا للإلكترونات.
المجموعة الأنزيمية
من الإنزيمات ، يشتمل مركب نازعة هيدروجين البيروفات على ثلاثة مكونات رئيسية. الإنزيم الأول هو بيروفات ديهيدروسيناز (E1). الانزيم الثاني هوديهيدروجينيز ثنائي هيدروجين (E3). والثالث هو dihydrolipoyltransacetylase (E2). يشتمل مركب نازعة هيدروجين البيروفات على هذه الإنزيمات ، ويخزنها في عدد كبير من النسخ. يمكن أن يختلف عدد نسخ كل إنزيم ، وبالتالي يمكن أن يختلف حجم المركب بشكل كبير. يبلغ قطر مركب PDH في الثدييات حوالي 50 نانومتر. هذا أكبر من 5-6 مرات من قطر الريبوسوم. هذه المجمعات كبيرة جدًا ، لذا يمكن تمييزها بالمجهر الإلكتروني.
تحتوي بكتيريا العصيات stearothermophilus إيجابية الجرام على ستين نسخة متطابقة من dihydrolipoyl transacetylase في PDH ، والتي بدورها تخلق نوعًا خماسي السطوح يبلغ قطره حوالي 25 نانومتر. تحتوي بكتيريا Escherichia coli إيجابية الجرام على أربع وعشرين نسخة من E2، قطة. يربط المجموعة الاصطناعية من الدهون بنفسه ، ويؤسس رابطة من نوع الأميد مع المجموعة الأمينية لبقايا اللايسين المدرجة في E2.
تم بناء Dihydrolipoyltransacetylase من خلال تفاعل 3 مجالات لها اختلافات وظيفية. هذه هي: مجال دهون أمينوترمينال يحتوي على بقايا ليسين ومرتبط مع شحوم ؛ مجال الربط (مركزي E1-و E3-) ؛ مجال نقل أسيل داخلي ، والذي يتضمن مراكز نقل أسيل من النوع النشط.
يحتوي مركب نازعة الهيدروجين بيروفات الخميرة على مجال واحد فقط من نوع ليبويل ، والثدييات لها مجالان من هذا القبيل ، ولبكتيريا Escherichia coli ثلاثة مجالات. تسلسل رابط من الأحماض الأمينيةمن عشرين إلى ثلاثين من بقايا الأحماض الأمينية ، تشترك في E2، بينما تتخلل بقايا الألانين والبرولين بقايا الأحماض الأمينية المشحونة. غالبًا ما يكون لهذه الروابط أشكال ممتدة. تؤثر هذه الميزة على حقيقة أنهم يشاركون 3 مجالات.
علاقة المنشأ
E1ينشئ اتصالاً مع TTP بمركزه النشط ، والمركز النشط E3ينشئ اتصالاً مع FAD. يحتوي جسم الإنسان على الإنزيم E1في شكل رباعي ، والذي يتكون من أربع وحدات فرعية: اثنان E1alpha واثنان E1 بيتا. يتم تقديم البروتينات المنظمة في شكل بروتين كيناز وفوسفاتيز بروتين فوسفوري. هذا النوع من الهيكل (E1- E2- E3 ) عنصرًا من عناصر المحافظة في التدريس التطوري. يمكن أن تشارك المجمعات ذات الهيكل والبنية المتشابهة في مجموعة متنوعة من التفاعلات التي تختلف عن التفاعلات القياسية ، على سبيل المثال ، عندما يتأكسد α-ketoglutarate أثناء دورة كريبس ، يتأكسد حمض α-keto أيضًا ، والذي تم تشكيله بسبب الاستخدام التقويضي من الأحماض الأمينية المتفرعة: فالين ، ليسين و إيزولوسين.
يحتوي مركب نازعة هيدروجين البيروفات على الإنزيم E3، الموجود أيضًا في المجمعات الأخرى. يشير تشابه بنية البروتين والعوامل المساعدة وآليات التفاعل أيضًا إلى أصل مشترك. يتم إرفاق lipoate ليسين E2، ويتم إنشاء نوع من "اليد" التي يمكنها الانتقال من المركز النشط E1إلى المراكز النشطة E2وE3، وهو ما يقرب من 5 نانومتر.
حقيقيات النوى في مركب بيروفات ديهيدروجينيز تحتوي على اثنتي عشرة وحدة فرعية من E3BP (E3- بروتين ملزم ذو طبيعة غير تحفيزية). الموقع الدقيق لهذا البروتين غير معروف. هناك فرضية مفادها أن هذا البروتين يحل محل مجموعة فرعية من subed. E2في PDH البقرة.
التواصل مع الكائنات الحية الدقيقة
المعقد المدروس متأصل في بعض أنواع البكتيريا اللاهوائية. ومع ذلك ، فإن عدد الكائنات البكتيرية التي تحتوي على PDH في بنيتها صغير. يتم تقليل الوظائف التي يؤديها المركب في البكتيريا ، كقاعدة عامة ، إلى العمليات العامة. على سبيل المثال ، دور مركب نازعة هيدروجين البيروفات في بكتيريا Zymonomonas mobilis هو التخمير الكحولي. سيتم استخدام بكتيريا البيروفات بنسبة تصل إلى 98٪ لهذه الأغراض. تتأكسد النسبة المتبقية القليلة إلى ثاني أكسيد الكربون ، نيكوتيناميد أدينين ثنائي النوكليوتيد ، أسيتيل CoA ، إلخ. هيكل مركب نازعة هيدروجين البيروفات في Zymomonas mobilis مثير للاهتمام. يحتوي هذا الكائن الدقيق على أربعة إنزيمات: E1alpha ، E1beta ، E2و E3. يحتوي PDH لهذه البكتيريا على مجال lipoyl داخل E1beta ، مما يجعلها فريدة من نوعها. جوهر المجمع هو E2، ويتخذ تنظيم المجمع نفسه شكل خماسي السطوح. لا يحتوي Zymomonas mobilis على سلسلة كاملة من إنزيمات دورة حمض الكربوكسيل ، وبالتالي فإن PDH الخاص به يعمل فقط في وظائف الابتنائية.
PDH في الرجل
الإنسان ، مثل الكائنات الحية الأخرى ،لديه جينات ترميز PDH. يتم ترجمة الجين E1alpha - PDHA 1 على كروموسوم X. لنقص PDH. يمكن أن تختلف أعراض المرض بشكل كبير من مشاكل الحماض اللبني الخفيف إلى التشوهات القاتلة في نمو الجسم. الرجال الذين يشتمل كروموسوم X الخاص بهم على أليل مماثل سيموتون قريبًا في سن مبكرة جدًا. تتأثر الإناث أيضًا بهذا المرض ولكن بدرجة أقل ، والمشكلة نفسها هي تعطيل أي كروموسوم X.
مشاكل الطفرات
يقع
E1beta - PDHB - على الكروموسوم الثالث. لا يُعرف سوى اثنين من الأليلات من النوع المتحور لهذا الجين ، والذي يؤدي ، في وضع متماثل اللواقح ، إلى نتيجة قاتلة على مدار العام ، والتي ترتبط بالتشوهات.
ربما هناك أليلات أخرى مماثلة يمكن أن تسبب الموت قبل التطور الكامل للكائن الحي. E2- DLAT - تتركز على الكروموسوم الحادي عشر. يعرف الجنس البشري عن أليلين من هذا الجين سيخلقان مشاكل في المستقبل ، لكن النظام الغذائي الصحيح يمكن أن يعوض عن ذلك. هناك احتمال كبير أن يموت الجنين داخل الرحم بسبب طفرات أخرى في هذا الجين. يقع E3- dld - على الكروموسوم السابع ويتضمن عددًا كبيرًا من الأليلات. كافٍنسبة كبيرة منها تؤدي إلى حدوث أمراض ذات طبيعة وراثية والتي سوف ترتبط بانتهاك استقلاب الأحماض الأمينية.
الخلاصة
لقد نظرنا في مدى أهمية مركب نازعة هيدروجين البيروفات للكائنات الحية. تهدف التفاعلات التي تحدث فيه بشكل أساسي إلى نزع الكربوكسيل من البيروفات عن طريق الأكسدة ، و PDH نفسه متخصص للغاية ، ولكن في ظل ظروف مختلفة ، ولأسباب معينة ، يمكنه أيضًا أداء وظائف ذات طبيعة مختلفة ، على سبيل المثال ، المشاركة في التخمير. وجدنا أيضًا أن المركبات من نوع البروتين التي تشارك في أكسدة البيروفات تتكون من خمسة إنزيمات تظل وظيفية فقط في وجود خمسة عوامل مساعدة. أي تغييرات في خوارزمية الآلية المعقدة لنزع الكربوكسيل يمكن أن تسبب أمراضًا خطيرة وقد تؤدي حتى إلى وفاة الفرد.
