Jump to content

Комплекс дегидрогеназы альфа-кетокислот с разветвленной цепью

Комплекс дегидрогеназы α-кетокислот с разветвленной цепью ( BCKDC или комплекс BCKDH ) представляет собой многосубъединичный комплекс ферментов , который находится на внутренней мембране митохондрий . [ 1 ] Этот ферментный комплекс катализирует окислительное декарбоксилирование разветвленных короткоцепочечных альфа-кетокислот . BCKDC является членом семейства митохондриальных комплексов дегидрогеназ α-кетокислот, в которое также входят пируватдегидрогеназа и альфа-кетоглутаратдегидрогеназа , ключевые ферменты, которые функционируют в цикле Кребса .

Биологическая функция

[ редактировать ]

В тканях животных BCKDC катализирует необратимый этап. [ 2 ] в катаболизме аминокислот с разветвленной цепью L-изолейцина , L-валина и L-лейцина , действуя на их дезаминированные производные (L-альфа-кето-бета-метилвалерат, альфа-кетоизовалерат и альфа-кетоизокапроат соответственно) и конвертируем их [ 3 ] на α-метилбутирил-КоА, изобутирил-КоА и изовалерил-КоА соответственно. [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] У бактерий этот фермент участвует в синтезе разветвленных длинноцепочечных жирных кислот . [ 7 ] У растений этот фермент участвует в синтезе разветвленных длинноцепочечных углеводородов .

Общая катаболическая реакция, катализируемая BCKDC, показана на рисунке 1 .

Рисунок 1: Это общая реакция, катализируемая комплексом дегидрогеназы альфа-кетокислот с разветвленной цепью.

Структура

[ редактировать ]

Механизм ферментативного катализа BCKDC во многом основан на сложной структуре этого большого ферментного комплекса. Этот ферментный комплекс состоит из трех каталитических компонентов:

Единица Номер ЕС Имя Ген Кофактор
И 1 ЭК 1.2.4.4 дегидрогеназа альфа-кетокислоты БКДГА тиаминпирофосфат (TPP)
EЕ2 ЭК 2.3.1.168 дигидролипоилтрансацилаза ДБТ липоевая кислота , коэнзим А
Е 3 ЭК 1.8.1.4 дигидролипоамиддегидрогеназа междугородная связь ФАД , НАД

У человека 24 копии E2 , расположенные в октаэдрической симметрии, образуют ядро ​​BCKDC. [ 8 ] нековалентно связаны С этим полимером 24 субъединицы E 2 , E 1 α2β2 12 тетрамеров и 6 E 3 гомодимеров . Помимо E1 / E3 - имеются еще два важных структурных домена связывающего домена, в субъединице E2 : (i) липоилсодержащий домен в аминоконцевой части белка и (ii) внутренний основной домен в карбокси-концевой части. Внутренний домен связан с двумя другими доменами субъединицы Е 2 двумя междоменными сегментами (линкерами). [ 9 ] Домен внутреннего ядра необходим для формирования олигомерного ядра ферментного комплекса и катализирует реакцию ацилтрансферазы (показана в разделе «Механизм» ниже). [ 10 ] Липоильный домен E2 может свободно перемещаться между активными центрами субъединиц E1 фигуру , E2 и E3 собранного BCKDC благодаря конформационной гибкости вышеупомянутых линкеров (см. 2 ). [ 11 ] [ 12 ] Таким образом, с точки зрения функции и структуры компонент E 2 играет центральную роль в общей реакции, катализируемой BCKDC.

Рисунок 2: Это схематическое изображение «качающегося» липоильного домена. Обратите внимание, что этот липоильный домен ковалентно присоединен к субъединице E2 BCKDC , но может свободно перемещаться между субъединицами E1 , E2 и E3 . Как описано в разделе «Механизм», способность липоильной группы свободно перемещаться между активными центрами каждой из трех субъединиц BCKDC играет большую и важную роль в каталитической активности этого ферментного комплекса. [ 13 ]

Роль каждой субъединицы следующая:

Е 1 субъединица

[ редактировать ]

E 1 использует тиаминпирофосфат (TPP) в качестве каталитического кофактора. E1 с катализирует как декарбоксилирование α-кетокислоты, так и последующее восстановительное ацилирование липоильного фрагмента (еще одного каталитического кофактора), который ковалентно связан E2 .

Е 2 субъединица

[ редактировать ]

Е 2 катализирует перенос ацильной группы от липоильного фрагмента к коферменту А (стехиометрическому кофактору). [ 14 ]

Е 3 субъединица

[ редактировать ]

Компонент E 3 представляет собой флавопротеин и повторно окисляет восстановленные липоилсернистые остатки E 2 с использованием FAD (каталитического кофактора) в качестве окислителя. Затем ФАД передает эти протоны и электроны НАД+ (стехиометрический кофактор), чтобы завершить цикл реакции.

Механизм

[ редактировать ]

Как упоминалось ранее, основная функция BCKDC у млекопитающих заключается в катализе необратимого этапа катаболизма аминокислот с разветвленной цепью. Однако BCKDC обладает относительно широкой специфичностью: он также окисляет 4-метилтио-2-оксобутират и 2-оксобутират с сопоставимыми скоростями и с аналогичными значениями Km, что и его аминокислотные субстраты с разветвленной цепью. [ 15 ] BCKDC также окисляет пируват, но при такой медленной скорости эта побочная реакция имеет очень мало физиологического значения. [ 16 ] [ 17 ]

Механизм реакции следующий. [ 18 ] Обратите внимание, что в качестве исходного материала можно было использовать любую из нескольких α-кетокислот с разветвленной цепью; в этом примере в качестве субстрата BCKDC произвольно был выбран α-кетоизовалерат.

ПРИМЕЧАНИЕ. Шаги 1 и 2 происходят в E 1. домене

ШАГ 1: α-кетоизовалерат соединяется с ТПП и затем декарбоксилируется. Правильный механизм толкания стрелы показан на рисунке 3 .

Рисунок 3: α-кетоизовалерат соединяется с TPP и затем декарбоксилируется.

ШАГ 2: 2-метилпропанол-ТФП окисляется с образованием ацильной группы и одновременно переносится на липоильный кофактор на E2. Обратите внимание, что TPP регенерируется. Правильный механизм толкания стрелы показан на рисунке 4 .

Рисунок 4: 2-метилпропанол-ТФП окисляется с образованием ацильной группы и одновременно переносится на липоильный кофактор на E2. Обратите внимание, что TPP регенерируется.
ПРИМЕЧАНИЕ. Ацилированное липоиловое плечо теперь покидает E 1 и переходит в активный сайт E 2 , где происходит этап 3.

ЭТАП 3: Перенос ацильной группы в КоА. Правильный механизм толкания стрелы показан на рисунке 5 .

Рисунок 5: Перенос ацильной группы в КоА
*ПРИМЕЧАНИЕ. Восстановленное липоиловое плечо теперь перемещается в активный сайт E3 , где происходят этапы 4 и 5.

ЭТАП 4: Окисление липоильного фрагмента коферментом FAD, как показано на фигуре 6 .

Рисунок 6: Окисление липоильного фрагмента коферментом FAD.

ЭТАП 5: Повторное окисление ФАДН 2 до ФАД с образованием НАДН:

ФАДГ 2 + НАД + → ДЛИНА + НАДН + H +

Актуальность заболевания

[ редактировать ]

Дефицит любого из ферментов этого комплекса, а также угнетение комплекса в целом приводит к накоплению в организме аминокислот с разветвленной цепью и их вредных производных. Эти скопления придают сладкий запах выделениям организма (таким как ушная сера и моча), что приводит к патологии, известной как болезнь мочи кленового сиропа . [ 19 ]

Этот фермент является аутоантигеном, распознаваемым при первичном билиарном циррозе печени , форме острой печеночной недостаточности. Эти антитела , по-видимому, распознают окисленный белок , возникший в результате воспалительных иммунных реакций. Некоторые из этих воспалительных реакций объясняются чувствительностью к глютену . [ 20 ] Другие митохондриальные аутоантигены включают пируватдегидрогеназу с разветвленной цепью и оксоглутаратдегидрогеназу , которые представляют собой антигены, распознаваемые антимитохондриальными антителами .

Мутации гена BCKDK , белковый продукт которого контролирует активность комплекса, могут привести к чрезмерной активации комплекса и чрезмерному катаболизму трех аминокислот. Это приводит к дефициту киназы дегидрогеназы кетокислот с разветвленной цепью — редкому заболеванию, впервые описанному у людей в 2012 году. [ 21 ]

  1. ^ Индо I, Китано А, Эндо Ф, Акабоши I, Мацуда I (1987). «Измененные кинетические свойства комплекса дегидрогеназы альфа-кетокислот с разветвленной цепью вследствие мутации бета-субъединицы компонента декарбоксилазы альфа-кетокислот с разветвленной цепью (E 1 ) в лимфобластоидных клетках, полученных от пациентов с заболеванием мочи, вызванным кленовым сиропом» . Джей Клин Инвест . 80 (1): 63–70. дои : 10.1172/JCI113064 . ПМЦ   442202 . ПМИД   3597778 .
  2. ^ Йеман С.Дж. (1989). «Комплексы дегидрогеназы 2-оксокислот: последние достижения» . Биохим. Дж . 257 (3): 625–632. дои : 10.1042/bj2570625 . ПМЦ   1135633 . ПМИД   2649080 .
  3. ^ Родвелл, Вектор (2015). «29». Иллюстрированная биохимия Харпера . США: МакГроу Хилл. п. 310. ИСБН  978-0-07-182537-5 .
  4. ^ Броквист Х.П., Трупин Дж.С. (1966). «Метаболизм аминокислот». Ежегодный обзор биохимии . 35 : 231–247. дои : 10.1146/annurev.bi.35.070166.001311 .
  5. ^ Харрис Р.А., Пакстон Р., Пауэлл С.М., Гудвин Г.В., Кунц М.Дж., Хан А.С. (1986). «Регуляция комплекса дегидрогеназы альфа-кетокислот с разветвленной цепью путем ковалентной модификации». Адв Фермент Регул . 25 : 219–237. дои : 10.1016/0065-2571(86)90016-6 . ПМИД   3028049 .
  6. ^ Намба Й., Ёсидзава К., Эдзима А., Хаяши Т., Канеда Т. (1969). «Коэнзим А- и никотинамидадениндинуклеотид-зависимая дегидрогеназа альфа-кетокислот с разветвленной цепью. I. Очистка и свойства фермента из Bacillus subtilis» . J Биол Хим . 244 (16): 4437–4447. дои : 10.1016/S0021-9258(18)94337-1 . ПМИД   4308861 .
  7. ^ Леннарц В.Дж.; и др. (1961). «Роль изолейцина в биосинтезе жирных кислот с разветвленной цепью микрококком lysodeikticus». Связь с биохимическими и биофизическими исследованиями . 6 (2): 1112–116. дои : 10.1016/0006-291X(61)90395-3 . ПМИД   14463994 .
  8. ^ Эварссон А., Чуанг Дж.Л., Винн Р.М., Терли С., Чуанг Д.Т., Хол WGJ (2000). «Кристаллическая структура дегидрогеназы α-кетокислот с разветвленной цепью человека и молекулярная основа дефицита мультиферментного комплекса при болезни мочи кленового сиропа» . Структура . 8 (3): 277–291. дои : 10.1016/S0969-2126(00)00105-2 . ПМИД   10745006 .
  9. ^ Чуанг Д.Т. (1989). «Молекулярные исследования комплексов дегидрогеназы альфа-кетокислот с разветвленной цепью млекопитающих: доменные структуры, экспрессия и врожденные ошибки». Анналы Нью-Йоркской академии наук . 573 : 137–154. дои : 10.1111/j.1749-6632.1989.tb14992.x . ПМИД   2699394 . S2CID   33210101 .
  10. ^ Чуанг Д.Т., Ху К.В., Ку Л.С., Марковиц П.Дж., Кокс Р.П. (1985). «Субъединичная структура дигидролипоилтрансацилазного компонента комплекса дегидрогеназы альфа-кетокислот с разветвленной цепью из бычьей печени. Характеристика внутреннего ядра трансацилазы» . J Биол Хим . 260 (25): 13779–86. дои : 10.1016/S0021-9258(17)38793-8 . ПМИД   4055756 .
  11. ^ Рид Л.Дж., Хакерт М.Л. (1990). «Структурно-функциональные взаимоотношения в дигидролипоамидацилтрансферазах» . J Биол Хим . 265 (16): 8971–8974. дои : 10.1016/S0021-9258(19)38795-2 . ПМИД   2188967 .
  12. ^ Перхам РН. (1991). «Домены, мотивы и линкеры в мультиферментных комплексах дегидрогеназы 2-оксокислот: парадигма в создании многофункционального белка». Биохимия . 30 (35): 8501–8512. дои : 10.1021/bi00099a001 . ПМИД   1888719 .
  13. ^ Берг, Джереми М., Джон Л. Тимочко, Люберт Страйер и Люберт Страйер. Биохимия. 6-е изд. Нью-Йорк: WH Freeman, 2007. 481. Печать.
  14. ^ Хеффельфингер СК, Сьюэлл ЕТ, Дэннер DJ (1983). «Идентификация специфических субъединиц высокоочищенной кетокислотдегидрогеназы с разветвленной цепью бычьей печени». Биохимия . 22 (24): 5519–5522. дои : 10.1021/bi00293a011 . ПМИД   6652074 .
  15. ^ Джонс С.М., Йеман С.Дж. (1986). «Окислительное декарбоксилирование 4-метилтио-2-оксобутирата с помощью дегидрогеназного комплекса 2-оксокислот с разветвленной цепью» . Биохимический журнал . 237 (2): 621–623. дои : 10.1042/bj2370621 . ПМК   1147032 . ПМИД   3800905 .
  16. ^ Петтит Ф.Х., Йеман С.Дж., Рид Л.Дж. (1978). «Очистка и характеристика комплекса дегидрогеназы альфа-кетокислот с разветвленной цепью бычьих почек» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 75 (10): 4881–4885. дои : 10.1073/pnas.75.10.4881 . ПМК   336225 . ПМИД   283398 .
  17. ^ Дамуни З., Меррифилд М.Л., Хамфрис Дж.С., Рид Л.Дж. (1984). «Очистка и свойства фосфатазы альфа-кетокислотной дегидрогеназы с разветвленной цепью из бычьих почек» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 81 (14): 4335–4338. дои : 10.1073/pnas.81.14.4335 . ПМЦ   345583 . ПМИД   6589597 .
  18. ^ Берг, Джереми М., Джон Л. Тимочко, Люберт Страйер и Люберт Страйер. Биохимия. 6-е изд. Нью-Йорк: WH Freeman, 2007. 478–79. Распечатать.
  19. ^ Подебрад Ф., Хайль М., Райхерт С., Мосандл А., Сьюэлл А.С., Бёльс Х. (апрель 1999 г.). «4,5-диметил-3-гидрокси-25H-фуранон (сотолон) — запах мочи кленового сиропа» . Журнал наследственных метаболических заболеваний . 22 (2): 107–114. дои : 10.1023/A:1005433516026 . ПМИД   10234605 . S2CID   6426166 .
  20. ^ Люнг П.С., Россаро Л., Дэвис П.А. и др. (2007). «Антимитохондриальные антитела при острой печеночной недостаточности: последствия первичного билиарного цирроза» . Гепатология . 46 (5): 1436–42. дои : 10.1002/hep.21828 . ПМЦ   3731127 . ПМИД   17657817 .
  21. ^ Новарино Дж., Эль-Фишави П., Кайсерили Х., Мегид Н.А., Скотт Э.М., Шрот Дж., Силхави Дж.Л., Кара М., Халил Р.О., Бен-Омран Т., Эркан-Сенчичек А.Г., Хашиш А.Ф., Сандерс С.Дж., Гупта А.Р., Хашем Х.С. , Матерн Д., Габриэль С., Свитман Л., Рахими Ю., Харрис Р.А., Стэйт М.В., Глисон JG (октябрь 2012 г.). «Мутации BCKD-киназы приводят к потенциально излечимой форме аутизма с эпилепсией» . Наука . 338 (6105): 394–7. дои : 10.1126/science.1224631 . ПМК   3704165 . ПМИД   22956686 .
[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 89f41b9b16c0788dccef805a0af8af6c__1713971280
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/89/6c/89f41b9b16c0788dccef805a0af8af6c.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Branched-chain alpha-keto acid dehydrogenase complex - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)