1. Строение пируватдегидрогеназного комплекса
Процесс окислительного декарбоксилирования пирувата катализирует сложнооргани-зованный пируватдегидрогеназный комплекс. В пируватдегидрогеназный комплекс (ПДК) входят 3 фермента: пируватдекарбоксилаза (Е1), дигидролипоилтрансацетилаза (Е2) и дигидролипоилдегидрогеназа (Е3), а также 5 коферментов: тиаминдифосфат (ТДФ), липоевая кислота,. FAD, NAD+ и КоА. Кроме того, в состав комплекса входят регуляторные субъединицы: протеинкиназа и фосфопротеинфосфатаза (табл. 6-5).
Рис. 6-21. Последовательность реакций, катализируемых ПДК. I - Е1 катализирует декарбоксилирование пирувата и перенос С2-фрагмента на ТДФ; II - Е2 катализирует окисление гидроксиэтильной группы и перенос С2-фрагмента на липоевую кислоту (ЛК); III - ацетилированная дигидролипоилтрансацетилаза взаимодействует с КоА с образованием восстановленной формы липоевой кислоты и ацетил-КоА; IV - окисленная форма трансацетилазы регенерируется при умастии E3;V - окисленная форма Е3 регенерируется при участии NAD+.
Таблица 6-5. Пируватдегидрогеназный комплекс (ПДК) млекопитающих
|
Фермент |
|
Число мономеров |
Кофермент |
Витамин |
|
1. Пируватдекарбоксилаза (пируватдегидрогеназа) |
E1 |
120 (30 тетрамеров) |
ТДФ |
B1 |
|
2. Дигидролипоилтрансацетилаза |
Е2 |
180(60тримеров) |
Липоамид |
Липоевая кислота (ЛК) |
|
KoA |
Пантотеновая кислота | |||
|
3. Дигидролипоилдегидрогеназа |
Е3 |
12 (6 димеров) |
FAD NAD+ |
В2 РР |
Все эти ферменты и коферменты объединены в мультиферментную систему, содержащую разные количества каждого из ферментов и имеющую молекулярную массу более 6×106.
В центре комплекса располагается дигидролипоилтрансацетилаза (Е2), образуя его ядро. К дигидролипоилтрансацетилазе присоединены молекулы: пируватдекарбоксилазы (Е1) и дигидролипоилдегидрогеназы (Е3).
Пируватдекарбоксилаза содержит прочно связанный с белковой частью ТДФ, а дигидроли-поилдегидрогеназа - FAD.
Липоиллизиновые группы центрального фермента (Е2) функционируют как поворотные "кронштейны", переносящие атомы водорода и ацетильные группы от одной ферментной молекулы комплекса к другой.
2. Окислительное декарбоксилирование пирувата
Превращение пирувата в ацетил-КоА включает 5 стадий (рис. 6-21).
Стадия I. На этой стадии пируват соединяется с ТДФ в составе Е1 и подвергается декарбоксилированию.
Пируват + Е1-ТДФ → Гидроксиэтил-ТДФ + CO2.
В результате этой реакции образуется производное ТДФ с гидроксиэтильной группой при тиазоловом кольце .
Стадия П. Дигидролипоилтрансацетилаза (Е2) катализирует перенос атома водорода и ацетильной группы от ТДФ на окисленную форму липоиллизиновых групп с образованием ацетилтиоэфира липоевой кислоты .
Стадия III. На стадии III КоА взаимодействует с ацетильным производным Е2, в результате чего образуются ацетил-КоА и полностью восстановленный липоильный остаток, простетическая группа Е2 .
Стадия IV. На стадии IV дигидролипоилде-гидрогеназа (Е3) катализирует перенос атомов водорода от восстановленных липоильных групп на FAD - простетическую группу фермента Е3.
Стадия V . На стадии V восстановленный FADH2 передаёт водород на NAD+ с образованием NADH.
Пируватдегидрогеназный комплекс характеризуется большим отрицательным окислительно-восстановительным потенциалом, который обеспечивает наряду с восстановлением кофермента (NADH) образование высокоэнергетической тиоэфирной связи в ацетил-КоА.
Структурное объединение 3 видов ферментов создаёт возможности для координации отдельных этапов сложной ферментативной реакции. Все промежуточные продукты реакции окислительного декарбоксилирования пирувата прочно связаны с комплексом, что увеличивает суммарную скорость процесса и сводит к минимуму побочные реакции.
Пируватдегидрогеназный комплекс, как и все белки, участвующие в реакциях ЦТК, кодируется ядерной ДНК. Транспорт субъединиц ПДК в митохондрии происходит сложным путём за счёт энергии АТФ или трансмембранного электрохимического потенциала при участии белков теплового шока, или шаперонов (см. раздел 1), предотвращающих их преждевременный фолдинг до поступления в митохон-дриальный матрикс или внутреннюю мембрану митохондрий.