En este artículo intentaremos explicar de forma accesible qué es el complejo piruvato deshidrogenasa y la bioquímica del proceso, revelar la composición de enzimas y coenzimas, indicar el papel y la importancia de este complejo en la naturaleza y la vida humana. Además, se considerarán las posibles consecuencias de la violación del propósito funcional del complejo y el momento de su manifestación.
Introducción al concepto
El complejo piruvato deshidrogenasa (PDH) es un complejo de tipo proteico cuya función es llevar a cabo la oxidación del piruvato como consecuencia de la descarboxilación. Este complejo contiene 3 enzimas, así como dos proteínas necesarias para la implementación de funciones auxiliares. Para que funcione el complejo de piruvato deshidrogenasa, deben estar presentes ciertos cofactores. Hay cinco de ellos: CoA, dinucleótido de nicotinamida y adenina, dinucleótido de flavina y adenina, pirofosfato de tiamina y lipoato.
La localización de PDH en organismos bacterianos se concentra en el citoplasma, las células eucariotas la almacenanen la matriz de las mitocondrias.
Asociado con la descarboxilación del piruvato
La importancia del complejo piruvato deshidrogenasa radica en la reacción de oxidación del piruvato. Considere la esencia de este proceso.
El mecanismo de oxidación del piruvato bajo la influencia de la descarboxilación es un proceso de naturaleza bioquímica, en el que se produce la escisión de la molécula CO2 en singular, y luego esto Se añade una molécula al piruvato, sometida a descarboxilación y perteneciente a la coenzima A (CoA). Así es como se crea el acetil-KoA. Este fenómeno ocupa un lugar intermedio entre los procesos de glucólisis y el ciclo de los ácidos tricarboxílicos. El proceso de descarboxilación del piruvato se lleva a cabo con la participación de un complejo MPC que, como se mencionó anteriormente, incluye tres enzimas y dos proteínas auxiliares.
El papel de las coenzimas
Para el complejo piruvato deshidrogenasa, las enzimas juegan un papel crucial. Sin embargo, pueden comenzar su trabajo solo en presencia de cinco coenzimas o grupos del tipo protésico que se enumeraron anteriormente. El proceso en sí conducirá eventualmente al hecho de que el grupo acilo se incluirá en el CoA-acetilo. Hablando de coenzimas, debes saber que cuatro de ellas pertenecen a derivados vitamínicos: tiamina, riboflavina, niacina y ácido pantoténico.
El dinucleótido de adenina de flavina y el dinucleótido de adenina de nicotinamida están involucrados en la transferencia de electrones, y el pirofosfato de tiamina, conocido por muchos comopiruvato decarboxílico coenzima, entra en reacciones de fermentación.
Activación del grupo tiol
Coenzima de acetilación (A): contiene un grupo tipo tiol (-SH), que es muy activo, es fundamental y necesario para que la CoA funcione como una sustancia que puede transferir el grupo acilo al tiol y formar tioéter. Los ésteres de tioles (tioéteres) tienen una tasa de energía de hidrólisis de naturaleza libre bastante alta, por lo que tienen un alto potencial para transferir un grupo acilo a una variedad de moléculas aceptoras. Es por eso que el acetil CoA se denomina periódicamente CH3COOH.
Transferencia de electrones
Además de los cuatro cofactores que son derivados de las vitaminas, existe un quinto cofactor del complejo piruvato deshidrogenasa, llamado lipoato. Tiene 2 grupos de tipo tiol que pueden sufrir oxidación reversible, lo que da como resultado la formación de un enlace disulfuro (-S-S-), que es similar a cómo ocurre este proceso entre los aminoácidos y los residuos de cisteína en las proteínas. La capacidad de oxidarse y recuperarse le da al lipoato la capacidad de ser un portador no solo del grupo acilo, sino también de electrones.
Kit enzimático
De las enzimas, el complejo piruvato deshidrogenasa incluye tres componentes principales. La primera enzima es la piruvato deshidrosenasa (E1). La segunda enzima esdihidrolipoil deshidrogenasa (E3). La tercera es la dihidrolipoiltransacetilasa (E2). El complejo piruvato deshidrogenasa incluye estas enzimas, almacenándolas en un gran número de copias. El número de copias de cada enzima puede ser diferente y, por lo tanto, el tamaño del complejo puede variar mucho. El complejo PDH en los mamíferos tiene un diámetro de unos 50 nanómetros. Esto es 5-6 veces más grande que el diámetro del ribosoma. Tales complejos son muy grandes, por lo que se pueden distinguir en un microscopio electrónico.
La bacteria grampositiva bacillus stearothermophilus tiene sesenta copias idénticas de dihidrolipoil transacetilasa en su PDH, que a su vez crean un dodecaedro de tipo pentagonal de aproximadamente 25 nanómetros de diámetro. La bacteria grampositiva Escherichia coli contiene veinticuatro copias de E2, cat. une el grupo prostético del lipoato a sí mismo y establece un enlace de tipo amida con el grupo amino del residuo de lisina incluido en E2.
La dihidrolipoiltransacetilasa se construye mediante la interacción de 3 dominios que tienen diferencias funcionales. Estos son: un dominio lipoílo aminoterminal que contiene un residuo de lisina y está asociado con un lipoato; dominio de unión (E1- central y E3-); dominio de aciltransferasa interno, que incluye centros de aciltransferasa de tipo activo.
El complejo de piruvato deshidrogenasa de levadura tiene solo un dominio de tipo lipoilo, los mamíferos tienen dos de esos dominios y la bacteria Escherichia coli tiene tres. La secuencia enlazadora de aminoácidos que sonde veinte a treinta residuos de aminoácidos, comparte E2, mientras que los residuos de alanina y prolina están intercalados con residuos de aminoácidos cargados. Estos enlazadores suelen tener formas extendidas. Esta característica afecta el hecho de que comparten 3 dominios.
Relación de origen
E1 establece una conexión con el TTP con su centro activo, y el centro activo E3 establece una conexión con FAD. El cuerpo humano contiene la enzima E1 en forma de tetrámero, que consta de cuatro subunidades: dos E1alfa y dos E 1 beta. Las proteínas reguladoras se presentan en forma de proteína quinasa y fosfoproteína fosfatasa. Este tipo de estructura (E1- E2- E 3) sigue siendo un elemento de conservadurismo en la enseñanza evolutiva. Los complejos con estructura y estructura similares pueden participar en una variedad de reacciones que difieren de las estándar, por ejemplo, cuando el α-cetoglutarato se oxida durante el ciclo de Krebs, también se oxida el α-cetoácido, que se formó debido a la utilización catabólica. de aminoácidos de tipo ramificado: valina, leucina e isoleucina.
El complejo de piruvato deshidrogenasa tiene la enzima E3, que también se encuentra en otros complejos. La similitud de la estructura de la proteína, los cofactores y también los mecanismos de reacción apuntan a un origen común. El lipoato se une a la lisina E2, y se crea una especie de “mano” que es capaz de moverse desde el centro activo E1 al centros activos E 2 yE3, que es de aproximadamente 5 nm.
Los eucariotas del complejo piruvato deshidrogenasa contienen doce subunidades de E3BP (E3: una proteína de unión de naturaleza no catalítica). La ubicación exacta de esta proteína no se conoce. Existe la hipótesis de que esta proteína reemplaza algún subconjunto de subed. E2 en vaca PDH.
Comunicación con microorganismos
El complejo considerado es inherente a algunos tipos de bacterias anaerobias. Sin embargo, el número de organismos bacterianos que tienen PDH en su estructura es pequeño. Las funciones realizadas por el complejo en bacterias, por regla general, se reducen a procesos generales. Por ejemplo, el papel del complejo piruvato deshidrogenasa en la bacteria Zymonomonas mobilis es la fermentación alcohólica. Las bacterias de piruvato en una cantidad de hasta el 98% se utilizarán para tales fines. El pequeño porcentaje restante se oxida a dióxido de carbono, nicotinamida adenina dinucleótido, acetil-CoA, etc. La estructura del complejo piruvato deshidrogenasa en Zymomonas mobilis es interesante. Este microorganismo tiene cuatro enzimas: E1alfa, E1beta, E2 y E 3. La PDH de esta bacteria contiene un dominio lipoilo dentro de E1beta, lo que la hace única. El núcleo del complejo es E2, y la organización del complejo en sí toma la forma de un dodecaedro pentagonal. Zymomonas mobilis no tiene toda una serie de enzimas del ciclo de los ácidos tricarboxílicos, por lo que su PDH solo se dedica a funciones anabólicas.
PDH en hombre
El hombre, como otros organismos vivos,tiene genes que codifican PDH. El gen E1alpha – PDHA 1 está localizado en el cromosoma X. a la deficiencia de PDH. Los síntomas de la enfermedad pueden variar mucho desde problemas leves de acidosis láctica hasta malformaciones letales en el desarrollo del organismo. Los hombres cuyo cromosoma X incluye un alelo similar pronto morirán a una edad muy temprana. Los individuos femeninos también se ven afectados por esta enfermedad, pero en menor medida, y el problema en sí es la inactivación de cualquier cromosoma X.
Problemas de mutaciones
E1beta - PDHB - se encuentra en el tercer cromosoma. Solo se conocen dos alelos de tipo mutante para este gen que, al estar en posición homocigótica, conducen a un desenlace letal a lo largo del año, lo que se asocia a malformaciones.
Probablemente existen otros alelos similares que pueden causar la muerte antes del pleno desarrollo del organismo. E2 - DLAT - concentrado en el undécimo cromosoma. La humanidad conoce dos alelos de este gen que crearán problemas en el futuro, pero la dieta adecuada puede compensar esto. Existe una alta probabilidad de que el feto muera dentro del útero debido a otras mutaciones en este gen. E3 - dld - se encuentra en el séptimo cromosoma e incluye una gran cantidad de alelos. Suficienteun gran porcentaje de ellos conduce a la aparición de enfermedades de naturaleza genética, que se asociarán con una violación del metabolismo de los aminoácidos.
Conclusión
Hemos considerado la importancia del complejo piruvato deshidrogenasa para los organismos vivos. Las reacciones que ocurren en él están dirigidas principalmente a la descarboxilación del piruvato por oxidación, y la PDH en sí es altamente especializada, pero en diferentes condiciones, por ciertas razones, también puede realizar funciones de diferente naturaleza, por ejemplo, participar en la fermentación. También encontramos que los complejos de tipo proteico que están involucrados en la oxidación del piruvato consisten en cinco enzimas que permanecen funcionales solo en presencia de cinco cofactores. Cualquier cambio en el algoritmo del complejo mecanismo de descarboxilación puede causar patologías graves e incluso provocar la muerte del individuo.
