Войти
Комплекс дегидрогеназы альфа-кетокислоты с разветвленной цепью ( BCKDC или BCKDH комплекс ) представляет собой мультисубъединичный комплекс ферментов, который находится на внутренней мембране митохондрий. Этот ферментный комплекс катализирует окислительное декарбоксилирование разветвленных, короткоцепочечных альфа-кетокислот. BCKDC является членом семейства митохондриальных α-кетокислот дегидрогеназных комплексов, включающих пируватдегидрогеназу и альфа-кетоглутаратдегидрогеназу, ключевые ферменты, которые функционируют в цикле Кребса.
Для этого комплекса необходимы следующие 5 коферментов:
В тканях животных BCKDC катализирует необратимый этап катаболизма аминокислот с разветвленной цепью L-изолейцина, L-валина и L-лейцина, действующих на их дезаминированных производных (L-альфа-кето-бета-метилвалерат, альфа-кетоизовалерат и альфа-кетоизокапроат соответственно) и превращая их в α-метилбутирил-КоА, изобутирил-КоА и изовалерил-КоА соответственно. У бактерий этот фермент участвует в синтезе разветвленных длинноцепочечных жирных кислот. У растений этот фермент участвует в синтезе разветвленных, длинноцепочечных углеводородов.
Общая катаболическая реакция, катализируемая BCKDC, показана на рис. 1 .
рис. 1: общая реакция, катализируемая комплексом альфа-кетокислоты дегидрогеназы с разветвленной цепью. Механизм ферментативного катализа BCKDC в значительной степени основан на сложной структуре этого большого ферментного комплекса. Этот ферментный комплекс состоит из трех каталитических компонентов: альфа-кетокислот дегидрогеназы (также называемой компонентом E 1), дигидролипоилтрансацилазы (компонент E 2) и дигидролипоамида. компонент дегидрогеназы (E3). У человека 24 копии E 2, расположенные с октаэдрической симметрией, образуют ядро BCKDC. Нековалентно связанные с этим полимером из 24 субъединиц E 2 12 E 1 α2β2 тетрамеров и 6 гомодимеров E 3. В дополнение к E 1/E3-связывающему домену, в субъединице E 2 есть еще 2 других важных структурных домена: (i) липоил-несущий домен в аминоконцевом часть белка и (ii) внутренний ядерный домен в карбоксиконцевой части. Внутренний сердцевинный домен связан с двумя другими доменами субъединицы E 2 двумя междоменными сегментами (линкерами). Внутренний сердцевинный домен необходим для формирования олигомерного ядра ферментного комплекса и катализирует реакцию ацилтрансферазы (показано в разделе «Механизм» ниже). Липоильный домен E 2 может свободно перемещаться между активными сайтами E 1, E 2 и E 3 субъединиц на собранном BCKDC благодаря конформационной гибкости вышеупомянутых линкеров (см. Фиг.2 ). Таким образом, с точки зрения функции, а также структуры, компонент E 2 играет центральную роль в общей реакции, катализируемой BCKDC.
Фигура 2: Это схематическое изображение «качающегося» липоильного домена. Обратите внимание, что этот липоильный домен ковалентно присоединен к субъединице E 2 BCKDC, но может свободно колебаться между E 1, E 2 и E 3 субъединицы. Как описано в разделе «Механизм», способность липоильной группы свободно перемещаться между активными центрами на каждой из трех субъединиц BCKDC играет большую и важную роль в каталитической активности этого ферментного комплекса. Роль каждой субъединицы следующая:
E1(EC 1.2.4.4 ) использует тиаминпирофосфат (TPP) в качестве каталитического кофактора. E 1 катализирует как декарбоксилирование α-кетокислоты, так и последующее восстановительное ацилирование липоильной части (другого каталитического кофактора), которая ковалентно связана с субъединицей E 2.
E2(EC 2.3.1.168 ) катализирует перенос ацильной группы от липоильной части к коферменту A (стехиометрический кофактор).
Компонент E 3(EC 1.8.1.4 ) представляет собой флавопротеин, и он повторно окисляет восстановленные липоилсерные остатки E 2 с использованием FAD (каталитический кофактор) в качестве окислителя. Затем FAD передает эти протоны и электроны на NAD + (стехиометрический кофактор) для завершения цикла реакции.
Как упоминалось ранее, основная функция BCKDC у млекопитающих заключается в катализировании необратимого этапа катаболизма аминокислот с разветвленной цепью. Однако BCKDC имеет относительно широкую специфичность, также окисляя 4-метилтио-2-оксобутират и 2-оксобутират со сравнимыми скоростями и с аналогичными значениями Km, что и для его аминокислотных субстратов с разветвленной цепью. BCKDC также будет окислять пируват, но при такой медленной скорости эта побочная реакция имеет очень небольшое физиологическое значение.
Механизм реакции следующий. Обратите внимание, что любая из нескольких α-кетокислот с разветвленной цепью могла быть использована в качестве исходного материала; в этом примере α-кетоизовалерат был произвольно выбран в качестве субстрата BCKDC.
ШАГ 1: α-кетоизовалерат объединяется с TPP и затем декарбоксилируется. Правильный механизм нажатия стрелки показан на рисунке 3 .
Рисунок 3: α-кетоизовалерат объединяется с TPP, а затем декарбоксилируется ЭТАП 2: 2-метилпропанол-TPP окисляется с образованием ацильной группы при одновременном переносе на липоильный кофактор на E2. Обратите внимание, что TPP регенерируется. Правильный механизм нажатия стрелки показан на фиг. 4 .
фиг. 4: 2-метилпропанол-ТФП окисляется с образованием ацильной группы при одновременном переносе на липоильный кофактор на E2. Обратите внимание, что TPP регенерируется. ШАГ 3. : Перенос ацильной группы в CoA. Правильный механизм толкания стрелы показан на рис. 5 .
рис. 5: Перенос ацильных групп на CoA ЭТАП 4: Окисление липоильной части коферментом FAD, как показано на Фиг.6 .
Фиг.6: Окисление липоила фрагмента коферментом FAD. ШАГ 5: Реокисление FADH 2 до FAD с образованием NADH:
Дефицит любого из ферментов этого комплекса, а также ингибирование всего комплекса в целом приводит к накоплению аминокислот с разветвленной цепью и их вредные производные в организме. Эти скопления придают сладкий запах выделениям организма (например, ушной серы и мочи), что приводит к патологии, известной как болезнь мочи кленового сиропа.
Этот фермент является аутоантигеном, признанным в первичный билиарный цирроз, форма острой печеночной недостаточности. Эти антитела, по-видимому, распознают окисленный белок, который возник в результате воспалительных иммунных ответов. Некоторые из этих воспалительных реакций объясняются чувствительностью к глютену. К другим митохондриальным аутоантигенам относятся пируватдегидрогеназа и разветвленная оксоглутаратдегидрогеназа, которые являются антигенами, распознаваемыми антимитохондриальными антителами.
![[1]](https://ars.els-cdn.com/content/image/1-s2.0-S0300571202000507-gr3.gif){kind=link}