Pyruvátdehydrogenáza

Na obrázku je enzym E1, jedna ze součástí pyruvátdehydrogenázového komplexu. Jen takovýchto enzymů je v komplexu 20-30

Pyruvátdehydrogenáza (PDC podle pyruvate dehydrogenase complex) je enzymatický komplex, který katalyzuje rozkladnou reakci pyruvátu za vzniku acetylkoenzymu A a oxidu uhličitého. Tato redoxní reakce (tzv. oxidativní dekarboxylace) je jedním z ústředních kroků energetického metabolismu, protože spojuje finální glykolytický produkt (pyruvát) s acetylkoenzymem A, který může vstoupit do Krebsova cyklu či jiných metabolických drah. PDC se u jaderných organismů vyskytuje v mitochondriální matrix.[1]

Struktura

Alfa a beta podjednotka enzymu E1

Enzym pyruvátdehydrogenáza je ve skutečnosti obrovský multienzymový komplex, který u savců dosahuje velikosti 7-10 MDa[1] (tzn. molekulová hmotnost až 10 000 000) a je tedy přibližně dvakrát větší než ribozom. Díky tomu je také poměrně snadno pozorovatelný pod elektronovým mikroskopem.[1]

Skládá se z několika různých proteinů a z celé řady pomocných kofaktorů nebílkovinné povahy. K nejdůležitějším proteinovým složkám patří E1 (vlastní pyruvátdehydrogenáza v úzkém slova smyslu – v počtu 20 až 30 heterotetramerů), E2 (dihydrolipoamid acetyltransferáza, v počtu 54 podjednotek) a E3 (lipoamid dehydrogenáza, 6 homodimerů). Mimo tyto tři základní jsou součástí komplexu i další přídatné a regulační proteiny, z důležitých například E3BP („protein X“).[1] Dále je pro funkci PDC vyžadováno pět kofaktorů: thiamindifosfát, lipoát, koenzym A, FAD a NAD+.[2]

Mechanismus

Mechanismus funkce pyruvátdehydrogenázového komplexu: vyznačeny důležité chemické skupiny podílející se na sumární reakci

Pyruvátdehydrogenáza katalyzuje ireverzibilní reakci (DG‘0= -39 kJ), jež se dá sumárně zapsat takto:[1]

pyruvát + CoA + NAD+ → acetyl-CoA + NADH + H+ + CO2

Tvorba acetylkoenzymu A probíhá v pěti krocích. Nejprve se pyruvát naváže na thiamindifosfát v enzymu E1 a dojde k dekarboxylaci. V druhém kroku je meziprodukt předán enzymu E2 a (stále pomocí enzymu E1) dojde k oxidaci hydroxyskupiny na oxoskupinu za současné redukce lipoátu na dihydrolipoát. Zároveň se vyváže thiamindifosfát. V třetí fázi je pomocí enzymu E3 přenesen acetyl z dihydrolipoátu na koenzym A, čímž vzniká acetylkoenzym A. Další kroky slouží k regeneraci enzymu - ve čtvrtém kroku se reoxiduje dihydrolipoát na lipoát za současné redukce disulfidového můstku. V pátém kroku se elektrony přenesou na FAD (za vzniku FADH2) a z něj na NAD+ (za vzniku volného NADH).[2]


Regulace

Schéma regulace PDC

Rozklad pyruvátu na acetylkoenzym A je možno označit za „bod, z něhož není návratu“, a proto je pyruvátdehydrogenázová reakce v buňce pečlivě regulována. Nejčastěji dochází k jeho inhibici pomocí série tří fosforylací, které provádí PDH kináza. Tato kináza je neaktivní za přebytku pyruvátu a aktivuje ji vysoké množství ATP, NADH a acetylkoenzymu A. Za defosforylaci (a tedy aktivaci) pyruvátdehydrogenázy jsou naopak zodpovědné PDH fosfatázy, enzymy, které jsou stimulované inzulinem. V některých případech však dosud není přesně znám mechanismus, jakým je signál převeden např. z inzulinového receptoru do matrix mitochondrií.[1]

Onemocnění

Poškození (resp. vrozený defekt) v jakékoliv složce pyruvátdehydrogenázového komplexu může mít za následek tzv. laktátovou acidózu, což je mnohdy fatální onemocnění, při němž se v těle hromadí kyselina mléčná. Dochází k mentální a pohybové retardaci či dokonce ataxii.[3]

Reference

  1. ↑ a b c d e f Sam A. Johnson; James G. McCormack. Pyruvate Dehydrogenase. In: Lennarz,W.J., Lane, M.D. Encyclopedia of Biological Chemistry , Four-Volume Set, 1-4. [s.l.]: [s.n.]
  2. ↑ a b VOET, Donald; VOET, Judith. Biochemie. 1.. vyd. Praha: Victoria Publishing, 1995. ISBN 80-85605-44-9. 
  3. ↑ Oxford dictionary of biochemistry and molecular biology; revised edition. Příprava vydání R. Cammack et al. New York: Oxford university press, 2006. ISBN 0-19-852917-1. 

Externí odkazy

Média použitá na této stránce

1400x1048 pdh regulation.png
Diagram showing regulation of the enzyme pyruvate dehydrogenase (PD) by PD kinase and PD phosphatase. This includes regulation by the substrates and products of PD and by ATP and ADP and by Mg2+ and Ca2+ ions.
PDH schema.png
Schema of the ox. decarboxylation. For pyruvate (R=H) that is catalyized by the pyruvate dehydrogenase complex
PDwhole1.jpg
Autor: Mcn2k10, Licence: CC BY-SA 3.0
Pyruvate dehydrgenase is a six domain dimer with α (blue), α’ (yellow), β (red), and β’ (teal) regions denoted by the different colors. Thiamine pyrophosphate (TPP) is shown in grey ball and stick form, two magnesium ions in purple undergoing metal ligation with the TPP, and two potassium ions in orange.
PDH-Pyruvate dehydrogenase.jpg
Autor: Jlosada, Licence: CC BY 3.0
Estructura tridimensional de las cadenas alfa y beta de la piruvato deshidrogenasa humana. Realizado con ProteinWorkshop