Dans cet article, nous allons essayer d'expliquer de manière accessible ce qu'est le complexe pyruvate déshydrogénase et la biochimie du processus, de révéler la composition des enzymes et des coenzymes, d'indiquer le rôle et l'importance de ce complexe dans la nature et la vie humaine. En outre, les conséquences possibles de la violation du but fonctionnel du complexe et le moment de leur manifestation seront pris en compte.
Introduction au concept
Le complexe pyruvate déshydrogénase (PDH) est un complexe de type protéique dont le rôle est de réaliser l'oxydation du pyruvate à la suite d'une décarboxylation. Ce complexe contient 3 enzymes, ainsi que deux protéines nécessaires à la mise en œuvre des fonctions auxiliaires. Pour que le complexe pyruvate déshydrogénase fonctionne, certains cofacteurs doivent être présents. Il y en a cinq: CoA, nicotinamide adénine dinucléotide, flavine adénine dinucléotide, thiamine pyrophosphate et lipoate.
La localisation de la PDH dans les organismes bactériens est concentrée dans le cytoplasme, les cellules eucaryotes la stockentdans la matrice sur les mitochondries.
Associé à la décarboxylation du pyruvate
L'importance du complexe pyruvate déshydrogénase réside dans la réaction d'oxydation du pyruvate. Considérez l'essence de ce processus.
Le mécanisme d'oxydation du pyruvate sous l'influence de la décarboxylation est un processus de nature biochimique, dans lequel se produit le clivage de la molécule CO2 au singulier, puis cette molécule est ajoutée au pyruvate, soumise à une décarboxylation et appartenant à la coenzyme A (CoA). C'est ainsi que l'acétyl-KoA est créé. Ce phénomène occupe une place intermédiaire entre les processus de glycolyse et le cycle des acides tricarboxyliques. Le processus de dicarboxylation du pyruvate est réalisé avec la participation d'un complexe MPC qui, comme mentionné précédemment, comprend trois enzymes et deux protéines auxiliaires.
Le rôle des coenzymes
Pour le complexe pyruvate déshydrogénase, les enzymes jouent un rôle crucial. Cependant, ils ne peuvent commencer leur travail qu'en présence de cinq coenzymes ou groupes de type prothétique qui ont été énumérés ci-dessus. Le processus lui-même conduira finalement au fait que le groupe acyle sera inclus dans le CoA-acétyle. En parlant de coenzymes, il faut savoir que quatre d'entre elles appartiennent à des dérivés de vitamines: la thiamine, la riboflavine, la niacine et l'acide pantothénique.
Flavina adénine dinucléotide et nicotinamide adénine dinucléotide sont impliqués dans le transfert d'électrons, et le pyrophosphate de thiamine, connu de beaucoup sous le nom decoenzyme pyruvate décarboxylique, entre dans les réactions de fermentation.
Activation du groupe thiol
Coenzyme d'acétylation (A) - contient un groupe de type thiol (-SH), qui est très actif, il est essentiel et nécessaire que la CoA fonctionne comme une substance capable de transférer le groupe acyle au thiol et forme thioéther. Les esters de thiols (thioéthers) ont un taux assez élevé d'énergie d'hydrolyse de nature libre, ils ont donc un potentiel élevé de transfert d'un groupe acyle à une variété de molécules acceptrices. C'est pourquoi l'acétyl-CoA est périodiquement appelé CH activé3COOH.
Transfert d'électrons
En plus des quatre cofacteurs dérivés des vitamines, il existe un 5ème cofacteur du complexe pyruvate déshydrogénase, appelé lipoate. Il possède 2 groupes de type thiol qui peuvent subir une oxydation réversible, ce qui entraîne la formation d'une liaison disulfure (-S-S-), qui est similaire à la façon dont ce processus se déroule entre les acides aminés et les résidus de cystéine dans les protéines. La capacité de s'oxyder et de récupérer donne au lipoate la capacité d'être porteur non seulement du groupe acyle, mais aussi d'électrons.
Kit enzymatique
Parmi les enzymes, le complexe pyruvate déshydrogénase comprend trois composants principaux. La première enzyme est la pyruvate déshydrosénase (E1). La deuxième enzyme estdihydrolipoyl déshydrogénase (E3). Le troisième est la dihydrolipoyltransacétylase (E2). Le complexe pyruvate déshydrogénase comprend ces enzymes, les stockant en un grand nombre de copies. Le nombre de copies de chaque enzyme peut être différent et, par conséquent, la taille du complexe peut varier considérablement. Le complexe PDH chez les mammifères mesure environ 50 nanomètres de diamètre. C'est 5 à 6 fois plus grand que le diamètre du ribosome. De tels complexes sont très grands, ils peuvent donc être distingués au microscope électronique.
La bactérie gram-positive bacillus stearothermophilus possède soixante copies identiques de dihydrolipoyl transacétylase dans sa PDH, qui à leur tour créent un dodécaèdre de type pentagonal d'environ 25 nanomètres de diamètre. La bactérie gram-positive Escherichia coli contient vingt-quatre copies de E2, cat. fixe le groupe prothétique du lipoate à lui-même et établit une liaison de type amide avec le groupe amino du résidu lysine inclus dans E2.
La dihydrolipoyltransacétylase est construite par l'interaction de 3 domaines qui ont des différences fonctionnelles. Ce sont: un domaine lipoyle aminoterminal contenant un résidu lysine et associé à un lipoate; domaine de liaison (E1- et E3- centraux); domaine interne de l'acyltransférase, qui comprend les centres d'acyltransférase de type actif.
Le complexe pyruvate déshydrogénase de levure n'a qu'un seul domaine de type lipoyle, les mammifères en ont deux et la bactérie Escherichia coli en a trois. La séquence de liaison des acides aminés qui sontde vingt à trente résidus d'acides aminés, partage E2, tandis que les résidus d'alanine et de proline sont entrecoupés de résidus d'acides aminés qui sont chargés. Ces lieurs ont le plus souvent des formes étendues. Cette fonctionnalité affecte le fait qu'ils partagent 3 domaines.
Relation d'origine
E1 établit une connexion avec le TTP avec son centre actif, et le centre actif E3 établit une connexion avec FAD. Le corps humain contient l'enzyme E1 sous la forme d'un tétramère, qui se compose de quatre sous-unités: deux E1alpha et deux E 1 bêta. Les protéines régulatrices se présentent sous la forme de protéine kinase et de phosphoprotéine phosphatase. Ce type de structure (E1- E2- E 3) reste un élément de conservatisme dans l'enseignement évolutif. Les complexes avec une structure et une structure similaires peuvent participer à une variété de réactions qui diffèrent des réactions standard, par exemple, lorsque l'α-cétoglutarate est oxydé pendant le cycle de Krebs, l'acide α-céto est également oxydé, qui s'est formé en raison de l'utilisation catabolique d'acides aminés ramifiés: valine, leucine et isoleucine.
Le complexe pyruvate déshydrogénase possède l'enzyme E3, qui se trouve également dans d'autres complexes. La similitude de la structure des protéines, des cofacteurs et aussi des mécanismes de réaction indique une origine commune. Le lipoate est attaché à la lysine E2, et une sorte de « main » est créée, capable de se déplacer du centre actif E1 vers le centres actifs E 2 etE3, soit environ 5 nm.
Les eucaryotes du complexe pyruvate déshydrogénase contiennent douze sous-unités de E3BP (E3 – une protéine de liaison de nature non catalytique). La localisation exacte de cette protéine n'est pas connue. Il existe une hypothèse selon laquelle cette protéine remplace un sous-ensemble de subed. E2 dans la vache PDH.
Communication avec les micro-organismes
Le complexe considéré est inhérent à certains types de bactéries anaérobies. Cependant, le nombre d'organismes bactériens qui ont du PDH dans leur structure est faible. En règle générale, les fonctions exercées par le complexe chez les bactéries sont réduites à des processus généraux. Par exemple, le rôle du complexe pyruvate déshydrogénase chez la bactérie Zymonomonas mobilis est la fermentation alcoolique. Les bactéries pyruvate en quantité allant jusqu'à 98% seront utilisées à ces fins. Les quelques pour cent restants sont oxydés en dioxyde de carbone, nicotinamide adénine dinucléotide, acétyl-CoA, etc. La structure du complexe pyruvate déshydrogénase chez Zymomonas mobilis est intéressante. Ce micro-organisme possède quatre enzymes: E1alpha, E1beta, E2 et E 3. La PDH de cette bactérie contient un domaine lipoyle dans E1beta, ce qui la rend unique. Le noyau du complexe est E2, et l'organisation du complexe lui-même prend la forme d'un dodécaèdre pentagonal. Zymomonas mobilis n'a pas toute une série d'enzymes du cycle de l'acide tricarboxylique, et donc sa PDH n'est engagée que dans des fonctions anabolisantes.
PDH dans l'homme
L'homme, comme les autres organismes vivants,possède des gènes codant pour la PDH. Le gène E1alpha – PDHA 1 est localisé sur le chromosome X. au déficit en PDH. Les symptômes de la maladie peuvent varier considérablement, allant de légers problèmes d'acidose lactique à des malformations mortelles dans le développement du corps. Les hommes dont le chromosome X comprend un allèle similaire mourront bientôt à un très jeune âge. Les femmes sont également touchées par cette maladie, mais dans une moindre mesure, et le problème lui-même est l'inactivation de tout chromosome X.
Problèmes de mutations
E1beta - PDHB - est situé sur le troisième chromosome. Seuls deux allèles de type mutant sont connus pour ce gène, qui, étant en position homozygote, conduit à une issue létale tout au long de l'année, associée à des malformations.
Il existe probablement d'autres allèles similaires qui peuvent causer la mort avant le développement complet de l'organisme. E2 - DLAT - concentré sur le onzième chromosome. L'humanité connaît deux allèles de ce gène qui créeront des problèmes à l'avenir, mais une bonne alimentation peut compenser cela. Il y a de fortes chances que le fœtus meure dans l'utérus en raison d'autres mutations de ce gène. E3 - dld - est situé sur le septième chromosome et comprend un grand nombre d'allèles. Suffisantun grand pourcentage d'entre eux conduit à l'apparition de maladies de nature génétique, qui seront associées à une violation du métabolisme des acides aminés.
Conclusion
Nous avons considéré l'importance du complexe pyruvate déshydrogénase pour les organismes vivants. Les réactions qui s'y produisent visent principalement la décarboxylation du pyruvate par oxydation, et la PDH elle-même est hautement spécialisée, mais dans des conditions différentes, avec certaines raisons, elle peut également remplir des fonctions de nature différente, par exemple participer à la fermentation. Nous avons également découvert que les complexes de type protéique impliqués dans l'oxydation du pyruvate sont constitués de cinq enzymes qui ne restent fonctionnelles qu'en présence de cinq cofacteurs. Toute modification de l'algorithme du mécanisme complexe de décarboxylation peut provoquer des pathologies graves et même entraîner la mort de l'individu.
