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).

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.