Neste artigo vamos tentar explicar de forma acessível o que é o complexo piruvato desidrogenase e a bioquímica do processo, revelar a composição de enzimas e coenzimas, indicar o papel e o significado deste complexo na natureza e vida humana. Além disso, serão consideradas possíveis consequências da violação da finalidade funcional do complexo e o momento de sua manifestação.
Introdução ao conceito
Complexo de piruvato desidrogenase (PDH) é um complexo do tipo proteína cuja função é realizar a oxidação do piruvato como resultado da descarboxilação. Este complexo contém 3 enzimas, bem como duas proteínas necessárias para a implementação de funções auxiliares. Para que o complexo de piruvato desidrogenase funcione, certos cofatores devem estar presentes. São cinco: CoA, nicotinamida adenina dinucleotídeo, flavina adenina dinucleotídeo, tiamina pirofosfato e lipoato.
A localização do PDH em organismos bacterianos está concentrada no citoplasma, as células eucarióticas o armazenamna matriz nas mitocôndrias.
Associado à descarboxilação do piruvato
O significado do complexo piruvato desidrogenase reside na reação de oxidação do piruvato. Considere a essência desse processo.
O mecanismo de oxidação do piruvato sob a influência da descarboxilação é um processo de natureza bioquímica, no qual ocorre a clivagem da molécula de CO2 no singular, e então esta é adicionada ao piruvato, submetida à descarboxilação e pertencente à coenzima A (CoA). É assim que o acetil-KoA é criado. Este fenômeno ocupa um lugar intermediário entre os processos de glicólise e o ciclo do ácido tricarboxílico. O processo de dicarboxilação do piruvato é realizado com a participação de um complexo MPC, que, como mencionado anteriormente, inclui três enzimas e duas proteínas auxiliares.
O papel das coenzimas
Para o complexo piruvato desidrogenase, as enzimas desempenham um papel crucial. No entanto, eles podem iniciar seu trabalho apenas na presença de cinco coenzimas ou grupos do tipo protético que foram listados acima. O próprio processo eventualmente levará ao fato de que o grupo acil será incluído no CoA-acetil. Falando em coenzimas, você precisa saber que quatro delas pertencem a derivados vitamínicos: tiamina, riboflavina, niacina e ácido pantotênico.
Flavina adenina dinucleotídeo e nicotinamida adenina dinucleotídeo estão envolvidos na transferência de elétrons, e o pirofosfato de tiamina, conhecido por muitos comocoenzima piruvato descarboxílico, entra em reações de fermentação.
Ativação do grupo tiol
Coenzima de acetilação (A) - contém um grupo do tipo tiol (-SH), que é muito ativo, é crítico e necessário que o CoA funcione como uma substância que pode transferir o grupo acil para o tiol e formar tioéter. Ésteres de tióis (tioéteres) têm uma taxa bastante alta de energia de hidrólise de natureza livre, portanto, têm um alto potencial para transferir um grupo acila para uma variedade de moléculas aceitadoras. É por isso que o acetil CoA é periodicamente chamado de CH ativado3COOH.
Transferência de elétrons
Além dos quatro cofatores que são derivados das vitaminas, existe um 5º cofator do complexo piruvato desidrogenase, chamado lipoato. Possui 2 grupos do tipo tiol que podem sofrer oxidação reversível, o que resulta na formação de uma ligação dissulfeto (-S-S-), que é semelhante à forma como esse processo ocorre entre aminoácidos e resíduos de cisteína nas proteínas. A capacidade de oxidar e recuperar dá ao lipoato a capacidade de ser um transportador não apenas do grupo acil, mas também de elétrons.
Kit enzimático
Das enzimas, o complexo piruvato desidrogenase inclui três componentes principais. A primeira enzima é a piruvato desidrosenase (E1). A segunda enzima édihidrolipoil desidrogenase (E3). A terceira é a dihidrolipoiltransacetilase (E2). O complexo piruvato desidrogenase inclui essas enzimas, armazenando-as em grande número de cópias. O número de cópias de cada enzima pode ser diferente e, portanto, o tamanho do complexo pode variar muito. O complexo PDH em mamíferos tem cerca de 50 nanômetros de diâmetro. Isso é 5-6 vezes maior que o diâmetro do ribossomo. Tais complexos são muito grandes, então eles podem ser distinguidos em um microscópio eletrônico.
A bactéria gram-positiva bacillus stearothermophilus possui sessenta cópias idênticas da diidrolipoil transacetilase em seu PDH, que por sua vez cria um dodecaedro do tipo pentagonal com aproximadamente 25 nanômetros de diâmetro. A bactéria gram-positiva Escherichia coli contém vinte e quatro cópias de E2, cat. liga o grupo prostético do lipoato a si mesmo e estabelece uma ligação do tipo amida com o grupo amino do resíduo de lisina incluído em E2.
Dihidrolipoiltransacetilase é construída pela interação de 3 domínios que possuem diferenças funcionais. São eles: um domínio lipoil aminoterminal contendo um resíduo de lisina e associado a um lipoato; domínio de ligação (central E1- e E3-); domínio interno de aciltransferase, que inclui centros de aciltransferase do tipo ativo.
O complexo de piruvato desidrogenase de levedura tem apenas um domínio do tipo lipoil, os mamíferos têm dois desses domínios e a bactéria Escherichia coli tem três. A sequência ligante de aminoácidos que sãode vinte a trinta resíduos de aminoácidos, compartilha E2, enquanto os resíduos de alanina e prolina são intercalados com resíduos de aminoácidos que são carregados. Esses ligantes geralmente têm formas estendidas. Esse recurso afeta o fato de eles compartilharem 3 domínios.
Relação de Origem
E1 estabelece uma conexão com o TTP com seu centro ativo, e o centro ativo E3 estabelece uma conexão com o FAD. O corpo humano contém a enzima E1 na forma de um tetrâmero, que consiste em quatro subunidades: duas E1alfa e duas E 1 beta. As proteínas reguladoras são apresentadas na forma de proteína quinase e fosfoproteína fosfatase. Este tipo de estrutura (E1- E2- E 3) permanece um elemento de conservadorismo no ensino evolucionário. Complexos com estrutura e estrutura semelhantes podem participar de uma variedade de reações que diferem das padrão, por exemplo, quando o α-cetoglutarato é oxidado durante o ciclo de Krebs, o α-cetoácido também é oxidado, que foi formado devido à utilização catabólica de aminoácidos do tipo ramificado: valina, leucina e isoleucina.
O complexo piruvato desidrogenase possui a enzima E3, que também é encontrada em outros complexos. A semelhança da estrutura da proteína, cofatores e também mecanismos de reação apontam para uma origem comum. O lipoato é ligado à lisina E2, e é criada uma espécie de “mão” capaz de se mover do centro ativo E1 para o centros ativos E 2 eE3, que é aproximadamente 5 nm.
Eucariotos no complexo piruvato desidrogenase contêm doze subunidades de E3BP (E3 – uma proteína de ligação de natureza não catalítica). A localização exata desta proteína não é conhecida. Existe a hipótese de que esta proteína substitui algum subconjunto de subed. E2 em vaca PDH.
Comunicação com microorganismos
O complexo considerado é inerente a alguns tipos de bactérias anaeróbicas. No entanto, o número de organismos bacterianos que possuem PDH em sua estrutura é pequeno. As funções desempenhadas pelo complexo em bactérias, via de regra, são reduzidas a processos gerais. Por exemplo, o papel do complexo piruvato desidrogenase na bactéria Zymonomonas mobilis é a fermentação alcoólica. Bactérias de piruvato em quantidade de até 98% serão usadas para esses fins. Os poucos por cento restantes são oxidados a dióxido de carbono, nicotinamida adenina dinucleotídeo, acetil-CoA, etc. A estrutura do complexo piruvato desidrogenase em Zymomonas mobilis é interessante. Este microrganismo possui quatro enzimas: E1alpha, E1beta, E2 e E 3. O PDH desta bactéria contém um domínio lipoil dentro de E1beta, o que o torna único. O núcleo do complexo é E2, e a organização do próprio complexo assume a forma de um dodecaedro pentagonal. Zymomonas mobilis não possui toda uma série de enzimas do ciclo do ácido tricarboxílico e, portanto, seu PDH está envolvido apenas em funções anabólicas.
PDH no homem
O homem, como outros organismos vivos,possui genes que codificam PDH. O gene E1alpha – PDHA 1 está localizado no cromossomo X. para deficiência de PDH. Os sintomas da doença podem variar muito, desde problemas leves de acidose láctica até malformações letais no desenvolvimento do corpo. Homens cujo cromossomo X inclui um alelo semelhante logo morrerão em uma idade muito jovem. Indivíduos do sexo feminino também são afetados por esta doença, mas em menor grau, e o problema em si é a inativação de qualquer cromossomo X.
Problemas de mutações
E1beta - PDHB - está localizado no terceiro cromossomo. Apenas dois alelos do tipo mutante são conhecidos para este gene, que, estando em posição homozigótica, levam a um desfecho letal ao longo do ano, o que está associado a malformações.
Provavelmente existem outros alelos semelhantes que podem causar a morte antes do pleno desenvolvimento do organismo. E2 - DLAT - concentrado no décimo primeiro cromossomo. A humanidade conhece dois alelos desse gene que criarão problemas no futuro, mas a dieta certa pode compensar isso. Há uma grande chance de que o feto morra dentro do útero devido a outras mutações nesse gene. E3 - dld - está localizado no sétimo cromossomo e inclui um grande número de alelos. Suficienteuma grande porcentagem deles leva à ocorrência de doenças de natureza genética, que estarão associadas a uma violação do metabolismo de aminoácidos.
Conclusão
Consideramos a importância do complexo piruvato desidrogenase para os organismos vivos. As reações que ocorrem nele visam principalmente a descarboxilação do piruvato por oxidação, e o próprio PDH é altamente especializado, mas sob diferentes condições, por certos motivos, também pode desempenhar funções de natureza diferente, por exemplo, participar da fermentação. Também descobrimos que os complexos do tipo proteína que estão envolvidos na oxidação do piruvato consistem em cinco enzimas que permanecem funcionais apenas na presença de cinco cofatores. Qualquer alteração no algoritmo do complexo mecanismo de descarboxilação pode causar patologias graves e até levar a morte do indivíduo.
