17.4: Тіаміндифосфат, ліпоамід та реакція піруватдегідрогенази

Last updated
Save as PDF

Page ID: 20684

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Фермент піруватдегідрогеназа є одним з найбільш центральних з усіх ферментів центрального обміну речовин: перетворюючи піруват в ацетил-\(CoA\), він пов'язує гліколіз (де глюкоза розщеплюється на піруват) з циклом лимонної кислоти, в який входять вуглеці у вигляді ацетил-\(CoA\). У ньому беруть участь п'ять цеонзимів: коензим А, нікотинамід, тіаміндифосфат і\(FAD\), нарешті, ліпоамід, який є новим для нас на даний момент.

Реакція, каталізована піруватдегідрогеназою:

Піруват реагує з ThDP, ліпоамідом, FAD, HScoA та NAD plus виробляти вуглекислий газ, NADH та ацетил CoA.

Ви дізнаєтеся більше про структуру та метаболічну роль цього складного і чудового ферменту в курсі біохімії. Тут ми зупинимося на багатоступінчастої органічної реакції, яку вона каталізує, яку ми нарешті готові зрозуміти.

Дивлячись на реакцію, слід визнати, що, перш за все, окислюється піруватний субстрат - він починається як кетон, і закінчується як тіоефір, втрачаючи в процесі вуглекислий газ. Зрештою, окислювач у цій реакції є\(NAD^+\), але відновлення пов'язане з\(NAD^+\) окислювальним декарбоксилюванням пірувату\(FAD\) та дисульфідсодержащим коферментом під назвою ліпоамід, який є ліпоєвою кислотою, приєднаною амідним зв'язком до залишку лізину на ферменті.

Креслення лінії зв'язку ліпоєвої кислоти і ліпоаміду. Реактивна частина коферменту виділяється червоним кольором, тоді як залишок лізину в активному місці знаходиться в коробці на ліпоаміді.

Друге, що слід помітити, це те, що, оскільки реакція передбачає порушення зв'язку між кетоновим вуглецем та сусіднім вуглецем, тіаміндифосфат (\(ThDP\)) coenzyme is required. In fact, the first phase of the reaction (steps 1 and 2 below) is identical to that of pyruvate decarboxylase, an enzyme we discussed a few pages ago.

The pyruvate decarboxylase reaction mechanism

Phase 1: Decarboxylation of pyruvate

The \(ThDP\)-stabilized carbanion then acts as a nucleophile, cleaving the disulfide bridge of lipoamide (step 3 below). It is in this step that oxidation of the substrate is actually occurring. After the resulting thioester product is released from \(ThDP\) (step 4 below), it undergoes transesterification form acetyl-\(CoA\), the product of the reaction.

Phase 2 of the pyruvate decarboxylase reaction mechanism: lipoamide-mediate oxidation to acetyl-\(CoA\)

The products are reduced dihydolipoamide and acetyl-CoA.

We are not done yet! In order for the catalytic cycle to be complete, the reduced dihydrolipoamide must be regenerated back to its oxidized state through disulfide exchange with a disulfide bond on the enzyme. The pair of enzymatic cysteines is then oxidized back to disulfide form by an \(FAD\)-dependent reaction.

Phase 3 of the pyruvate decarboxylase reaction mechanism: regeneration of lipoamide

Finally, \(FAD\) is regenerated with concurrent reduction of \(NAD^+\):

Phase 4: Regeneration of \(FADH_2\):