A piruvát-dehidrogenáz komplex. Csala Miklós

Átírás

1 A piruvát-dehidrogenáz komplex Csala Miklós

2 szénhidrátok fehérjék lipidek glikolízis glukóz aminosavak zsírsavak acil-koa szintetáz e - piruvát acil-koa légz. lánc H + H + H + O 2 ATP szint. piruvát H 2 O ADP + P i H + ATP citoszol e - e - CO 2 PDH acetil-koa citrát ciklus β-oxidáció e - acil-koa mitokondrium

3 A piruvát oxidatív dekarboxilációja H + CO 2 H 2 O -2H oxidáció ionizáció -H + piruvát acetaldehid acetaldehidhidrát acetát Spontán, irreverzibilis

4 A piruvát oxidatív dekarboxilációja Nettó reakció: ahogy a PDH katalizálja piruvát CH 3 -CO-COO - NAD + KoA-SH NADH CO 2 CH 3 -CO-S-KoA acetil-koa A felszabaduló szabadenergia egy része hasznosul: 1. A PDH elektronszállítóval oxidál (az oxidatív foszforilációt táplálja), és 2. A PDH hozzákapcsolja az ecetsavat KoA-hoz (nagy energiájú tioészter kötést hoz létre). Acetaldehid és acetát nem keletkezik szabad formában, végig kötésben marad a katalízis során.

5 Mindhárom enzim több (12-24) példányban (E 2 fehérjék középen). Mérete a riboszómáéhoz hasonló. PDH komplex Három metabolikus és két szabályozó enzimet tartalmaz: E 1 : piruvát-dekarboxiláz (TPP) E 2 : dihidrolipoil-transzacetiláz (liponsavamid) E 3 : dihidrolipoil-dehidrogenáz (FAD) (részt vesz a folyamatban két koenzim: NAD + és KoA-SH) PDH-kináz PDH-foszfatáz.

6 Prosztetikus csoportok: TPP Savi disszociációval alakul kitűnő nukleofil reagenssé (karbo-anion). TPP-t tartalmazó enzimek: - piruvát-dekarboxiláz (élesztő pituvát-fermentációja és a PDH komplex E 1 enzime) - α-ketoglutarát-dekarboxiláz (αkgdh komplex E 1 enzime) - elágazó ketosav-dekarboxiláz (BKADH komplex E 1 enzime) - transzketoláz

7 Prosztetikus csoportok: TPP A TPP mindig aldehid csoportot szállít aldol kötésben. TPP-t tartalmazó enzimek: - piruvát-dekarboxiláz (élesztő pituvát-fermentációja és a PDH komplex E 1 enzime) - α-ketoglutarát-dekarboxiláz (αkgdh komplex E 1 enzime) - elágazó ketosav-dekarboxiláz (BKADH komplex E 1 enzime) - transzketoláz

8 Prosztetikus csoportok: liponsav A diszulfid di-tiollá redukálható, amely tioésztert képezhet. Amid kötést alkot az enzim lizil oldalláncának ε-amino csoportjával. liponsav liponsavamid (prosztetikus csoport) dihidroliponsav Liponsavat tartalmazó enzimek: E 2 (transzaciláz) a PDH, αkgdh és BKADH komplexekben

9 E 1 : piruvát-dekarboxiláz tiamin-pirofoszfát (TPP) dekarboxilálás piruvát hidroxietiltiamin-pirofoszfát (HETPP)

10 E 2 : dihidrolipoil-transzacetiláz acetil-tpp TPP karboanion oxidáció transzfer liponsavamid dihidroliponsavamid acetildihidro-liponsavamid

11 E 2 : dihidrolipoil-transzacetiláz HS-KoA transzfer acetildihidro-liponsavamid dihidroliponsavamid acetil-koa S-KoA

12 E 3 : dihidrolipoil-dehidrogenáz dihidroliponsavamid (re-)oxidáció liponsavamid elektron-transzfer mobil szállítóra NADH + H + NAD +

13 A PDH komplex által katalizált reakció(k) A lizil-lipoamid csoportok lengőkarként mozognak a TPP-k és a FAD-ok között.

14 Mi lesz a NADH és az acetil-koa sorsa? NADH A mitokondrium mátrixban termelt NADH a légzési láncot táplálja. Más reakció nem tudja jelentősen újraoxidálni a NADH-t ebben a kompartmentben. Ezért a PDH által katalizált reakció a légzéshez van kapcsolva, és csak aerób körülmények között működhet (bár közvetlenül nem használ oxigént). acetil-koa Tovább oxidálódhat a citrátkörben, vagy felhasználódhat lipidek szintéziséhez, de szénhidráttá (pl. glukóz) már nem alakulhat. Más irreverzibilis folyamatoktól eltérően, a PDH reakciót nem lehet visszacsinálni.

15 A PDH szabályozása Allosztérikus szabályozás: Magas acetil-koa és NADH szint gátolja az E 2 és E 3 enzimeket. + + piruvát dekarboxiláz (E1) dihidrolipoil transzacetiláz (E2) dihidrolipoil dehidrogenáz (E3) zsíracil-koa piruvát + HS-KoA + NAD + NADH + acetil-koa + CO 2 PDH komplex

16 A PDH szabályozása Kovalens módosítás: E 1 enzim foszforilációja/defoszforilációja ADP, piruvát ATP - + NADH, acetil-koa ADP piruvátdekarboxiláz (E1) dihidrolipoiltranszacetiláz (E2) dihidrolipoildehidrogenáz (E3) aktív P i PDH-kináz PDH-foszfatáz + Ca 2+ inzulin H 2 O piruvátdekarboxiláz (E1) dihidrolipoiltranszacetiláz (E2) dihidrolipoildehidrogenáz (E3) inaktív P

17 Aktiválja: [ NADH ] [ ATP] [ acil KoA] alacsony, alacsony, alacsony, + [ NAD ] [ ADP] [ KoA] inzulin és Ca 2+ (izommunka) A PDH szabályozása Gátolja: [ NADH ] [ ATP] magas, magas, + [ NAD ] [ ADP] magas [ acil KoA] [ KoA]

18 Összefoglalás A piruvát irreverzibilis átalakítása acetil-koa-vá (oxidatív dekarboxiláció, amely a NAD + -ot elektronokkal tölti fel). Egy szénhidrát-prekurzor átalakítása olyan vegyületté, amely lebomolhat vagy felhasználódhat lipidek (zsírsavak, koleszterin) és ketontestek szintéziséhez. A mitokondriális mátrixban (minden mitokondriummal rendelkező sejtben megtalálható). Csak AERÓB viszonyok között működik. Három metabolikus és két szabályozó enzimet tartalmaz: E 1 : piruvát-dekarboxiláz (TPP) E 2 : dihidrolipoil-transzacetiláz (liponsavamid) E 3 : dihidrolipoil-dehidrogenáz (FAD) (részt vesz a folyamatban két koenzim: NAD + és KoA-SH) PDH-kináz PDH-foszfatáz.

19