Hai tres encimas que compoñen o complexo da piruvato deshidroxenase. A piruvato deshidroxenase (EC 1.2.4.1) é responsable da oxidación do piruvato, a dihidrolipoíl transacetilase (o encima deste artigo; EC 2.3.1.12) transfire o grupo acetilo ao coencima A (CoA), e a dihidrolipoíl deshidroxenase (EC 1.8.1.4) rexenera a lipoamida. Como a dihidrolipoíl transacetilase é o segundo dos tres encimas compoñentes que participan no mecanismo de reacción para a conversión do piruvato a acetil-CoA, ás veces denomínase E2.
En humanos a actividade encimática da dihidrolipoíl transacetilase reside no compoñente E2 do complexo da piruvato deshidroxenase (PDCE2), que está codificado no xeneDLAT (dihidrolipoamida S-acetiltransferase) do cromosoma 11 humano.[1]
Nomenclatura
O nome sistemático desta clase de encimas é acetil-CoA:encima N6-(dihidrolipoil)lisina S-acetiltransferase.
Todas as dihidrolipoíl transacetilases teñen unhs estrutura multidominio única que consta de (de N a C-terminal): 3 dominios lipoíl, un dominio de interacción e o dominio catalítico (ver a arquitectura do dominio en Pfam). Todos os dominios son rexións desordenadas enlazantes de baixa complexidade.
Dependendo da especie, as múltiples subunidades dos encimas dihidrolipoíl transacetilase poden dispoñerse xuntas orixinando unha forma cúbica ou dodecaédrica. Estas estruturas forman despois o corazón catlítico do complexo da piruvato deshidroxenase que non só cataliza a reacción que transfire un grupo acetilo ao CoA, senón que tamén realizan un papel estrutural crucial na creación da arquitectura do complexo global.[3]
Cubo
A estrutura central cúbica, atopada en especies como a bacteria Azotobacter vinelandii, está constituída por 24 subunidades en total.[4][5] Os dominios catalíticos están ensamblados en trímeros co sitio activo localizado na interface da subunidade. A topoloxía deste sitio activo trímero é idéntica á da cloranfenicol acetiltransferase. Oito destes trímeros dispóñense formando un cubo truncado oco. Os dous substratos principais, o CoA e a lipoamida (Lip(SH)2), encóntranse nas dúas entradas opostas dunha canle de 30 Å de longo que discorre entre as subiniddes e forma o centro catalítico. O CoA entra desde o interior do cubo e a lipoamida desde o exterior.[6]
Dodecaedro
En moitas especies, incluíndo bacterias como Geobacillus stearothermophilus e Enterococcus faecalis[3] así como mamíferos como os humanos[7] e as vacas,[8] a estrutura central dodecaédrica está constituída por un total de 60 subunidades. As subunidades están dispostas en conxuntos de tres, de xeito similar aos trímeros da forma central cúbica, e cada conxunto forma un dos 20 vértices do dodecaedro.
A dihidrolipoíl transacetilase participa na reacción de descarboxilación do piruvato que liga a glicólise co ciclo do ácido cítrico. Estes procesos metabólicos son importantes para a respiración celular (a conversión de enerxía bioquímica obtida dos nutrientes en adenosín trifosfato (ATP), que pode despois utilizarse para levar a cabo numerosas reaccións biolóxicas dentro da célula. As diversas partes da respiración celular teñen lugar en diferentes partes da célula. En eucariotas, a glicólise ocorre no citoplasma, a descarboxilación do piruvato nas mitocondrias, o ciclo do ácido cítrico dentro da matriz mitocondrial, e a fosforilación oxidativa e o transporte de electróns nas cristas mitocondriais. Así, os complexos da piruvato deshidroxenase (que conteñen os encimas dihidrolipoíl transacetilases) atópanse nas mitocondrias dos eucariotas (e simplemente no citosol nos procariotas).
Mecanismo
Mecanismo da dihidrolipoíl transacetilase
Para a descarboxilación do piruvato cómpren algúns cofactores ademais dos encimas que forman o complexo. O primeiro é a pirofosfato de tiamina (TPP), que é utilizado pola piruvato deshidroxenase para oxidar o piruvato e formar un intermediario hidroxietil-TPP. Este intermediario é captado pola dihidrolipoíl transacetilase e reacciona cun segundo cofactor lipoamida para xerar un intermediario acetil-dihidrolipoíl, liberando TPP no proceso. Este segundo intermediario pode despois ser atacado polo xofrenucleofílico unido a un coencima A, e libérase a dihidrolipoamida. Isto ten como resultado a produción de acetil-CoA, o que é o obxectivo final da descarboxilación do piruvato. A dihidrolipoamida é captada pola dihidrolipoíl deshidroxenase, e cos cofactores adicionais FAD e NAD+, rexenera a lipoamida orixinal (con NADH como subproduto útil).
Importancia clínica
Cirrose biliar primaria
A cirrose biliar primaria (CBP) é unha enfermidade autoinmune caracterizada pola produción de autoanticorpos contra os antíxenos mitocondrial e nuclear. Estes denomínanse anticorpos antimitocondriais (AMA) e anticorpos antinucleares (ANA), respectivamente. Estes anticorpos son detectables no soro de pacientes con CBP e varían grandemente con respecto á especificidade do epítopo de paciente a paciente. Dos antíxenos mitocondriais que poden xerar reactividade de autoanticorpos nos pacientes de CBP, a subunidade E2 do complexo da piruvato deshidroxenase, que é a dihidrolipoíl transacetilase, é o epítopo máis común (outros antíxenos inclúen encimas dos complexos da 2-oxoácido deshidroxenase, así como outros encimas dos complexos da piruvato deshidroxenase).[9] Evidencias recentes suxiren que o tramo de péptidos do sitio catalítico pode presentar os epítopos inmunodominantes recoñecidos polos anticorpos anti-PDC-E2 en pacientes de CBP.[10] Hai tamén evidencias de anticorpos anti-PDC-E2 na hepatite autoinmune.[11]
Deficiencia de piruvato deshidroxenase
A deficiencia de piruvato deshidroxenase é unha enfermidade xenética que orixina acidose láctica e disfunción neurolóxica nos primeiros anos da a infancia. Tipicamente esta doenza é o resultado dunha mutación no xene ligado ao X da subunidade E1α do complexo da piruvato deshidroxenase. Porén, houbo uns poucos casos raros nos cales un paciente con síntomas graves de deficiencia de piruvato deshidroxenase en vez de no X tiñan unha mutación no xene DLATautosómico da subunidade E2. Estes pacientes teñen síntomas moitos menos graves, e as manifestacións máis prominentes da enfermidade neles eran distonía episódica, aínda que tanto a hipotonía coma a ataxia estaban tamén presentes.[12]
Notas
↑Leung PS, Watanabe Y, Munoz S, Teuber SS, Patel MS, Korenberg JR, Hara P, Coppel R, Gershwin ME (1993). "Chromosome localization and RFLP analysis of PDC-E2: the major autoantigen of primary biliary cirrhosis". Autoimmunity14 (4): 335–40. PMID8102256. doi:10.3109/08916939309079237.
↑Mattevi A, Obmolova G, Kalk KH, Teplyakov A, Hol WG (abril de 1993). "Crystallographic analysis of substrate binding and catalysis in dihydrolipoyl transacetylase (E2p)". Biochemistry32 (15): 3887–901. PMID8471601. doi:10.1021/bi00066a007.
↑de Kok A, Hengeveld AF, Martin A, Westphal AH (xuño de 1998). "The pyruvate dehydrogenase multi-enzyme complex from Gram-negative bacteria". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Protein Structure and Molecular Enzymology1385 (2): 353–66. PMID9655933. doi:10.1016/S0167-4838(98)00079-X.
↑Hanemaaijer R, Westphal AH, Van Der Heiden T, De Kok A, Veeger C (febreiro de 1989). "The quaternary structure of the dihydrolipoyl transacetylase component of the pyruvate dehydrogenase complex from Azotobacter vinelandii. A reconsideration". European Journal of Biochemistry179 (2): 287–92. PMID2917567. doi:10.1111/j.1432-1033.1989.tb14553.x.
↑Mattevi A, Obmolova G, Schulze E, Kalk KH, Westphal AH, de Kok A, Hol WG (marzo de 1992). "Atomic structure of the cubic core of the pyruvate dehydrogenase multienzyme complex". Science255 (5051): 1544–50. Bibcode:1992Sci...255.1544M. PMID1549782. doi:10.1126/science.1549782.
Mattevi A, Obmolova G, Kalk KH, Teplyakov A, Hol WG (Apr 1993). "Crystallographic analysis of substrate binding and catalysis in dihydrolipoyl transacetylase (E2p)". Biochemistry32 (15): 3887–901. PMID8471601. doi:10.1021/bi00066a007.
Suzuki Y, Yoshitomo-Nakagawa K, Maruyama K, Suyama A, Sugano S (outubro de 1997). "Construction and characterization of a full length-enriched and a 5'-end-enriched cDNA library". Gene200 (1–2): 149–56. PMID9373149. doi:10.1016/S0378-1119(97)00411-3.
Bogdanos DP, Pares A, Baum H, Caballeria L, Rigopoulou EI, Ma Y, Burroughs AK, Rodes J, Vergani D (xuño de 2004). "Disease-specific cross-reactivity between mimicking peptides of heat shock protein of Mycobacterium gordonae and dominant epitope of E2 subunit of pyruvate dehydrogenase is common in Spanish but not British patients with primary biliary cirrhosis". Journal of Autoimmunity22 (4): 353–62. PMID15120760. doi:10.1016/j.jaut.2004.03.002.
Hiromasa Y, Roche TE (setembro de 2003). "Facilitated interaction between the pyruvate dehydrogenase kinase isoform 2 and the dihydrolipoyl acetyltransferase". The Journal of Biological Chemistry278 (36): 33681–93. PMID12816949. doi:10.1074/jbc.M212733200.
Hiromasa Y, Fujisawa T, Aso Y, Roche TE (febreiro de 2004). "Organization of the cores of the mammalian pyruvate dehydrogenase complex formed by E2 and E2 plus the E3-binding protein and their capacities to bind the E1 and E3 components". The Journal of Biological Chemistry279 (8): 6921–33. PMID14638692. doi:10.1074/jbc.M308172200.
Maruyama K, Sugano S (xaneiro de 1994). "Oligo-capping: a simple method to replace the cap structure of eukaryotic mRNAs with oligoribonucleotides". Gene138 (1–2): 171–4. PMID8125298. doi:10.1016/0378-1119(94)90802-8.
