Пируватдегидрогеназа (липоамид) альфа 1 - Pyruvate dehydrogenase (lipoamide) alpha 1
Пируватдегидрогеназный E1 компонент субъединицы альфа, соматическая форму, митохондриальный представляет собой фермент , который у человека кодируется PDHA1 геном .The пируватдегидрогеназного комплекс ядерно-кодированный митохондриальная матрица мультиферментного комплекса , который обеспечивает основную связь между гликолизом и трикарбоновыми кислотами (ТСА ) цикл, катализируя необратимое превращение пирувата в ацетил-КоА . Комплекс PDH состоит из нескольких копий 3 ферментов: E1 (PDHA1); дигидролипоилтрансацетилаза ( DLAT ) (E2; EC 2.3.1.12); и дигидролипоилдегидрогеназа ( DLD ) (E3; EC 1.8.1.4). Фермент E1 представляет собой гетеротетрамер из 2 альфа и 2 бета субъединиц. Субъединица E1-alpha содержит активный сайт E1 и играет ключевую роль в функции комплекса PDH.
Состав
Ген PDHA1 насчитывает около 17 пар пар оснований; он содержит 11 экзонов, которые варьируются от 61 до 174 пар оснований, и интроны , размеры которых колеблются от 600 пар оснований до 5,7 пар оснований. Донорные и акцепторные сайты сплайсинга, присутствующие в гене, соответствуют правилу сплайсинга GT / AC. Последовательность ДНК в сайте инициации транскрипции очень богата GC. Существует последовательность, подобная «ТАТА-боксу», и «СААТ», присутствующие перед сайтом кэпа. Также имеется несколько наборов повторов, последовательностей, напоминающих сайт связывания фактора транскрипции Sp1 , и два сайта связывания рецептора цАМФ перед кэпом.
Предварительный пептид, кодируемый этим геном, состоял из 29 аминокислот в самом начале последовательности, что соответствует типичной лидерной последовательности митохондриального нацеливания. Остальные 361 аминокислота, начиная с N-конца фенилаланином, представляют зрелый митохондриальный пептид E1 альфа. Два из этих зрелых белков PDHA объединяются с двумя белками PDHB с образованием гетеротетрамерной субъединицы E1. Кристаллические структуры позволили создать модель, в которой фермент подвергается 2-A челночному движению своих гетеродимеров для осуществления катализа. Белок, кодируемый геном PDHA1 человека, является частью мультиферментного комплекса пируватдегидрогеназы . Весь комплекс человека имеет размер 9,5 МДа и был описан как 60-мерный, что означает, что более 60 компонентов собраны, чтобы образовать весь комплекс. Эти субъединицы консервативны у многих видов, так как функция этого комплекса важна для генерации АТФ для всех эукариот . Каждый компонент отвечает за катализ на одном этапе этого пути; этот комплекс существует с целью передачи промежуточных продуктов каждой реакции следующему ферменту, что значительно увеличивает скорость реакции.
Функция
Комплекс пируватдегидрогеназы отвечает за окислительное декарбоксилирование пирувата , конечным продуктом которого является ацетил-КоА . Всего комплекс катализирует пять реакций, из которых общая реакция:
Пируват + CoA + NAD + → ацетил-CoA + CO 2
Есть три различных коферментов , необходимых в течение 5 шагов , что этот комплекс осуществляет: тиамин пирофосфат (ТЭС), липоамид и коэнзима А . Этот этап - только один из центральных метаболических путей, осуществляемых эукариотами, при котором глюкоза окисляется с образованием углекислого газа, воды и АТФ . Комплекс E1 специально использует кофактор TPP для расщепления связи Calpha-C (= O) пирувата, а затем переносит ацетильную группу на кофермент TPP, что приводит к промежуточному соединению, гидроксилэтил-Tpp * E1, и производству CO 2 . Тиазолиевое кольцо на TPP идеально подходит для присоединения к карбонильным группам и действует как приемник электронов или группа, которая может вытягивать электроны из реакции и стабилизировать электронодефицитный промежуточный продукт.
Регулирование
Активность комплекса PDH в тканях млекопитающих в значительной степени определяется фосфорилированием определенных субъединиц внутри комплекса. Таким образом, абсолютные количества сайт-специфических киназ и фосфатов, экспрессируемых в митохондриях, напрямую влияют на активность ПДГ. В частности, резидентный тирозин Tyr-301 может фосфорилироваться на PDHA1 и, следовательно, ингибировать его активность; это делается путем блокирования связывания пирувата с субстратом. Это фосфорилирование происходит в тандеме с фосфорилированием остатка Ser-293. Фосфорилирование другого сайта, Ser-264, может регулировать функцию. Фосфорилированный сериновый остаток в этом положении не позволяет TPP упорядочивать две петли в E1, которые содержат три сайта фосфорилирования. Нарушение является прямым результатом стерического столкновения между новой фосфатной группой в Ser-264 и другим серином, Ser-266, который дестабилизирует сеть водородных связей, удерживающую петли на месте. В целом это нарушение приводит к инактивации каталитического механизма.
Комплекс PDH может регулироваться в различных условиях. Было показано, что субъединица PDHA1 регулируется свободными жирными кислотами во время тренировок. Наличие свободных жирных кислот увеличивает уровень фосфорилирования, тем самым снижая активность ПДГ. Однако во время упражнений эти эффекты отменяются, и в клетках наблюдается гораздо более высокий уровень дефосфорилированного PDHA1. В некоторых мышцах, таких как трицепс, профиль метаболических ферментов, по-видимому, напрямую влияет на уровень активности ПДГ, что может привести к более высокому уровню лактата в мышцах с этими характеристиками.
Клиническое значение
Известно, что мутации в гене PDHA1 вызывают одну из форм дефицита пируватдегидрогеназы . Дефицит пируватдегидрогеназы характеризуется накоплением в организме химического вещества, называемого молочной кислотой, и множеством неврологических проблем. Признаки и симптомы этого состояния обычно сначала появляются вскоре после рождения, и они могут сильно различаться у разных людей. Наиболее частым признаком является потенциально опасное для жизни накопление молочной кислоты (лактоацидоз), которое может вызвать тошноту, рвоту, серьезные проблемы с дыханием и аномальное сердцебиение. Люди с дефицитом пируватдегидрогеназы обычно также имеют неврологические проблемы. У большинства задерживается развитие умственных способностей и моторики, таких как сидение и ходьба. Другие неврологические проблемы могут включать умственную отсталость, судороги, слабый мышечный тонус (гипотония), плохую координацию и трудности при ходьбе. У некоторых пораженных людей есть аномальные структуры мозга, такие как недоразвитие ткани, соединяющей левую и правую половинки мозга (мозолистое тело), истощение (атрофия) внешней части мозга, известной как кора головного мозга, или участки поврежденного ткань (поражения) на некоторых участках головного мозга. Из-за серьезных последствий для здоровья многие люди с дефицитом пируватдегидрогеназы не доживают до детства, хотя некоторые могут дожить до подросткового или взрослого возраста. Большинство случаев является результатом мутаций в этом гене, и было идентифицировано бесчисленное количество типов мутаций. Мутации в этом гене варьируются от миссенс-мутаций, в которых заменен один нуклеотид, до гораздо более крупных делеций многих пар нуклеотидных оснований.
Хотя большая часть клинических проявлений сходна с общим заболеванием, были выявлены некоторые случаи, в которых наблюдалась очаговая дилатация правого бокового желудочка с односторонней перивентрикулярной лейкомаляцией (ПВЛ) с субэпендимальной кистой.
У женщин этот недостаток выявить гораздо сложнее. Это происходит из-за вероятности того, что в фибробластах будет искаженная картина инактивации X-инактивации, а это означает, что измерение активности фермента может быть не совсем точным. Поскольку клинические проявления этого расстройства в значительной степени совпадают с дефицитом окислительного фосфорилирования, рекомендуется выполнить подробный биохимический анализ биопсии мышц у женщин с подозрением на дефицит пируватдегидрогеназы с последующим молекулярно-генетическим анализом гена PDHA1.
Интерактивная карта проезда
Нажмите на гены, белки и метаболиты ниже, чтобы ссылки на соответствующие статьи.
использованная литература
дальнейшее чтение
- Даль Х. Х., Браун Г. К., Браун Р. М., Хансен Л. Л., Керр Д. С., Векслер И. Д., Патель М. С., Де Мейрлейр Л., Лиссенс В., Чун К. (1993). «Мутации и полиморфизмы в гене альфа пируватдегидрогеназы E1». Мутация человека . 1 (2): 97–102. DOI : 10.1002 / humu.1380010203 . PMID 1301207 . S2CID 84318029 .
- Браун Г.К., Отеро Л.Дж., ЛеГрис М., Браун Р.М. (ноябрь 1994 г.). «Дефицит пируватдегидрогеназы» . Журнал медицинской генетики . 31 (11): 875–9. DOI : 10.1136 / jmg.31.11.875 . PMC 1016663 . PMID 7853374 .
- Sugden MC, Holness MJ (май 2003 г.). «Последние достижения в механизмах, регулирующих окисление глюкозы на уровне пируватдегидрогеназного комплекса с помощью PDK». Американский журнал физиологии. Эндокринология и обмен веществ . 284 (5): E855–62. DOI : 10,1152 / ajpendo.00526.2002 . PMID 12676647 .
- Даль Х. Х., Хансен Л. Л., Браун Р. М., Дэнкс Д. М., Роджерс Дж. Г., Браун Г. К. (1993). «Дефицит альфа-субъединицы X-связанной пируватдегидрогеназы E1 у гетерозиготных женщин: вариабельное проявление одной и той же мутации». Журнал наследственных метаболических заболеваний . 15 (6): 835–47. DOI : 10.1007 / BF01800219 . PMID 1293379 . S2CID 23814660 .
- Ито М., Хук А.Х., Наито Э., Сайджо Т., Такеда Э., Курода Й. (1993). «Мутация гена E1 альфа у пациентки с дефицитом пируватдегидрогеназы из-за быстрой деградации белка E1». Журнал наследственных метаболических заболеваний . 15 (6): 848–56. DOI : 10.1007 / BF01800220 . PMID 1338114 . S2CID 36187808 .
- De Meirleir L, Lissens W, Vamos E, Liebaers I (март 1992 г.). «Дефицит пируватдегидрогеназы (PDH), вызванный мутацией вставки 21 пары оснований в альфа-субъединицу E1». Генетика человека . 88 (6): 649–52. DOI : 10.1007 / BF02265291 . PMID 1551669 . S2CID 22145202 .
- Хансен Л.Л., Браун Г.К., Кирби Д.М., Даль Х.Х. (1991). «Характеристика мутаций у трех пациентов с дефицитом альфа пируватдегидрогеназы E1». Журнал наследственных метаболических заболеваний . 14 (2): 140–51. DOI : 10.1007 / BF01800586 . PMID 1909401 . S2CID 35482286 .
- Койке К., Урата Ю., Мацуо С., Койке М. (сентябрь 1990 г.). «Характеристика и нуклеотидная последовательность гена, кодирующего альфа-субъединицу пируватдегидрогеназы человека». Джин . 93 (2): 307–11. DOI : 10.1016 / 0378-1119 (90) 90241-I . PMID 2227443 .
- Эндо Х., Хасэгава К., Нарисава К., Тада К., Кагава Й., Охта С. (март 1989 г.). «Дефектный ген при лактоацидозе: аномальная альфа-субъединица Е1 пируватдегидрогеназы, вызванная сдвигом рамки» . Американский журнал генетики человека . 44 (3): 358–64. PMC 1715432 . PMID 2537010 .
- Браун Р. М., Даль Х. Х., Браун Г. К. (февраль 1989 г.). «Х-хромосомная локализация функционального гена альфа-субъединицы E1 пируватдегидрогеназного комплекса человека». Геномика . 4 (2): 174–81. DOI : 10.1016 / 0888-7543 (89) 90297-8 . PMID 2737678 .
- Марагос К., Хатчисон В. М., Хаясака К., Браун Г. К., Даль Х. Х. (июль 1989 г.). «Структурная организация гена альфа-субъединицы E1 пируватдегидрогеназного комплекса человека» . Журнал биологической химии . 264 (21): 12294–8. DOI : 10.1016 / S0021-9258 (18) 63857-8 . PMID 2745444 .
- Хо Л., Векслер И.Д., Лю Т.К., Теккумкара Т.Дж., Патель М.С. (июль 1989 г.). «Характеристика кДНК, кодирующих альфа-субъединицу пируватдегидрогеназы человека» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 86 (14): 5330–4. DOI : 10.1073 / pnas.86.14.5330 . PMC 297615 . PMID 2748588 .
- Де Мейрлейр Л., Маккей Н., Лам Хон Ва А.М., Робинсон Б.Х. (февраль 1988 г.). «Выделение полноразмерной комплементарной ДНК, кодирующей альфа-субъединицу E1 человека пируватдегидрогеназного комплекса» . Журнал биологической химии . 263 (4): 1991–5. DOI : 10.1016 / S0021-9258 (19) 77975-7 . PMID 2828359 .
- Даль Х. Х., Хант С. М., Хатчисон В. М., Браун Г. К. (май 1987 г.). «Комплекс пируватдегидрогеназы человека. Выделение клонов кДНК для альфа-субъединицы E1, анализ последовательности и характеристика мРНК» . Журнал биологической химии . 262 (15): 7398–403. DOI : 10.1016 / S0021-9258 (18) 48250-6 . PMID 3034892 .
- Koike K, Ohta S, Urata Y, Kagawa Y, Koike M (январь 1988 г.). «Клонирование и секвенирование кДНК, кодирующих альфа и бета субъединицы пируватдегидрогеназы человека» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 85 (1): 41–5. DOI : 10.1073 / pnas.85.1.41 . PMC 279477 . PMID 3422424 .
- Хансен Л.Л., Хорн Н., Даль Х.Х., Круз Т.А. (июнь 1994 г.). «Дефицит пируватдегидрогеназы, вызванный дупликацией 33 пар оснований в альфа-субъединице PDH E1». Молекулярная генетика человека . 3 (6): 1021–2. DOI : 10.1093 / HMG / 3.6.1021 . PMID 7545958 .
- Такакубо Ф., Картрайт П., Хугенрад Н., Торберн Д. Р., Коллинз Ф., Литгоу Т., Даль Х. Х. (октябрь 1995 г.). «Аминокислотная замена в гене альфа пируватдегидрогеназы E1, влияющая на митохондриальный импорт белка-предшественника» . Американский журнал генетики человека . 57 (4): 772–80. PMC 1801496 . PMID 7573035 .
- Hemalatha SG, Kerr DS, Wexler ID, Lusk MM, Kaung M, Du Y, Kolli M, Schelper RL, Patel MS (февраль 1995 г.). «Дефицит пируватдегидрогеназного комплекса из-за точечной мутации (P188L) внутри тиаминпирофосфатсвязывающей петли альфа-субъединицы E1». Молекулярная генетика человека . 4 (2): 315–8. DOI : 10.1093 / HMG / 4.2.315 . PMID 7757088 .