Введение
Энзим дигидролипоилтрансацетилаза (или дигидролипоамид ацетилтрансфераза) является компонентом энзима мультифермента пируват-дегидрогеназного комплекса. Комплекс пирувата-дегидрогеназы отвечает за этап декарбоксилирования пирувата, который связывает гликолиз с циклом лимонной кислоты. Это включает в себя превращение пирувата из гликолиза в ацетил-КоА, который затем используется в цикле лимонной кислоты для выполнения клеточного дыхания. В комплексе пируват-дегидрогеназы есть три различных компонента фермента. Пируват-дегидрогеназа (EC 1.2.4.1) отвечает за окисление пирувата, дигидролипоил-трансацетилаза (этот фермент; EC 2.3.1.12) передает ацетильную группу кофермента А (CoA), а дигидролипоил-дегидрогеназа (EC 1.8.1.4) регенерирует липоамид. Поскольку дигидролипоилтрансацетилаза является вторым из трех компонентов фермента, участвующих в реакционном механизме преобразования пирувата в ацетилкоацид, иногда его называют E2. У человека, ферментативная активность дигидролипоилтрансацетилазы находится в пируват- дегидрогеназном комплексе компонент E2 (PDCE2), который кодируется геном DLAT (дигидролипоамид- S ацетилтрансфераза).
Dihydrolipoyl transacetylase (or dihydrolipoamide acetyltransferase) is an enzyme component of the multienzyme pyruvate dehydrogenase complex. The pyruvate dehydrogenase complex is responsible for the pyruvate decarboxylation step that links glycolysis to the citric acid cycle. This involves the transformation of pyruvate from glycolysis into acetyl CoA which is then used in the citric acid cycle to carry out cellular respiration. There are three different enzyme components in the pyruvate dehydrogenase complex. Pyruvate dehydrogenase (EC 1.2.4.1) is responsible for the oxidation of pyruvate, dihydrolipoyl transacetylase (this enzyme; EC 2.3.1.12) transfers the acetyl group to coenzyme A (CoA), and dihydrolipoyl dehydrogenase (EC 1.8.1.4) regenerates the lipoamide. Because dihydrolipoyl transacetylase is the second of the three enzyme components participating in the reaction mechanism for conversion of pyruvate into acetyl CoA, it is sometimes referred to as E2. In humans, dihydrolipoyl transacetylase enzymatic activity resides in the pyruvate dehydrogenase complex component E2 (PDCE2) that is encoded by the DLAT (dihydrolipoamide S acetyltransferase) gene.
Структура
Все дигидролипоил трансацетилазы имеют уникальную многодоменную структуру, состоящую из (от N до C): 3 липоилных домена, домена взаимодействия и каталитического домена (см. архитектуру домена в Pfam). Все домены связаны между собой беспорядочными, малосложными областями. В зависимости от вида, несколько подединиц ферментов дигидролипоилтрансацетилазы могут располагаться вместе в кубическую или двенадцатигранную форму. Эти структуры затем образуют каталитическое ядро пирувата-дегидрогеназного комплекса, который не только каталитизирует реакцию, которая передает ацетилгруппу в CoA, но также выполняет важную структурную роль в создании архитектуры общего комплекса. Каталитические домены собираются в тримеры с активным местом, расположенным на подединице. Топология этого тримера активного участка идентична топологии хлорамфеникола ацетилтрансферазы. Восемь таких тримеров затем располагаются в виде полого отрезанного кубика. Два основных субстрата, CoA и липоамид (Lip(SH) 2), находятся на двух противоположных входах в канал длиной 30 Å, который проходит между подединицами и образует каталитический центр. CoA входит изнутри кубика, а липоамид - снаружи.
Додекаэдр
У многих видов, включая бактерии, такие как Geobacillus stearothermophilus и Enterococcus faecalis, и коров, структура двенадцатигранного ядра состоит из 60 подединиц. Подединицы расположены в комплектах по три, похожих на тримеры в форме кубического ядра, причем каждый набор составляет одну из 20 двенадцатигранных вершин.
Функция
Дигидролипоилтрансацетилаза участвует в реакции декарбоксилирования пирувата, которая связывает гликолиз с циклом лимонной кислоты. Эти метаболические процессы важны для клеточного дыхания - преобразования биохимической энергии из питательных веществ в аденозинтрифосфат (АТФ), который затем может использоваться для проведения многочисленных биологических реакций внутри клетки. Различные части клеточного дыхания происходят в разных частях клетки. У эукариот гликолиз происходит в цитоплазме, декарбоксилирование пирувата в митохондриях, цикл лимонной кислоты в митохондриальной матрице и окислительное фосфорилирование через транспортную цепь электронов на митохондриальных кристах. Таким образом, комплексы пирувата-дегидрогеназы (содержащие ферменты дигидролипоилтрансацетилазы) встречаются в митохондриях эукариотов (и просто в цитозоле прокариотов).
Механизм
Для декарбоксилирования пирувата требуется несколько кофакторов в дополнение к ферментам, составляющим комплекс. Первый - тиаминпирофосфат (TPP), который используется пируват-дегидрогеназой для окисления пирувата и образования гидроксиэтил-ТПП промежуточного продукта. Этот промежуточный продукт поглощается дигидролипоилтрансацетилазой и вступает в реакцию со вторым липоамидным кофактором для получения ацетилдигидролипоильного промежуточного продукта, высвобождая при этом ТПП. Этот второй промежуточный продукт может быть атакован нуклеофильной серой, присоединенной к коэнзиму А, и дигидролипоамид высвобождается. Это приводит к образованию ацетил-КоА, который является конечной целью декарбоксилирования пирувата. Дигидролипоамид поглощается дигидролипоилдегидрогеназой, а с дополнительными кофакторами FAD и NAD+ регенерирует исходный липоамид (с NADH в качестве полезного побочного продукта).
Первичный цирроз желчных путей
Первичный цирроз желчных путей (ПМП) - аутоиммунное заболевание, характеризующееся наличием аутоантитела к митохондриальным и ядерным антигенам. Они называются антимитохондриальными антителами (АМА) и антиядерными антителами (АНА). Эти антитела обнаруживаются в сыворотке пациентов с ПКК и сильно различаются в отношении специфичности эпитопа от пациента к пациенту. Из митохондриальных антигенов, которые могут генерировать реактивность аутоантитела у пациентов с ПКК, наиболее распространенным эпитопом является подединица E2 комплекса пирувата- дегидрогеназы, дигидролипоилтрансацетилаза (другие антигены включают ферменты комплексов 2- оксокислотной дегидрогеназы, а также другие ферменты комплексов пирувата- дегидрогеназы). Недавние данные свидетельствуют о том, что пептиды в каталитическом участке могут представлять иммунодоминирующие эпитопы, распознаваемые анти- PDC E2 антителами у пациентов с ПБК. Также имеются данные о наличии анти- PDC E2 антител у пациентов с аутоиммунным гепатитом (АИГ).
Дефицит пирувата-дегидрогеназы
Дефицит пирувата-дегидрогеназы (PDH) - это генетическое заболевание, приводящее к лактоацидозу, а также к неврологической дисфункции в младенчестве и раннем детстве. Обычно PDH является результатом мутации в X- связанном гене для подединицы E1 комплекса пирувата-дегидрогеназы. Однако, было несколько редких случаев, когда у пациента с PDH на самом деле имеется мутация в аутосомном гене для подединицы E2. У этих пациентов были гораздо менее тяжелые симптомы, причем наиболее заметным проявлением заболевания была эпизодическая дистония, хотя присутствовали и гипотония, и атаксия.