Oksidacijska dekarboksilacija piruvata

Question 1

Kako je građen kompleks piruvat dehidrogenaze?

Answer 1

Kompleks piruvat dehidrogenaze građen je od 3 vrste enzima koji kataliziraju pojedine stupnjeve ove složene reakcije, a svaki od enzima u kompleksu sadrži više podjedinica. Stvaranjem enzimskog kompleksa povećava se ukupna brzina reakcije i smanjuje mogućnost odvijanja neželjenih reakcija. Prva enzimska komponenta ovog kompleksa je piruvat dehidrogenaza (E1), druga dihidrolipoil transacetilaza (E2), a treća dihidrolipoil dehidrogenaza (E3).

Question 1

Što je oksidacijska dekarboksilacija piruvata, gdje se odvije, što povezuje?

Answer 1

Piruvat se u aerobnim uvjetima unosi u mitohondrije djelovanjem transportnih proteina lokaliziranih u membrani mitohondrija. U matriksu mitohondrija piruvat se oksidira i dekarboksilira u acetilnu jedinicu koja se veže na CoA. Ovu reakciju katalizira kompleks piruvat dehidrogenaze. Reakcija je ireverzibilna i povezuje glikolizu sa citratnim ciklusom.

Question 2

Koje prostetske skupine sadržava svaki enzim? jesu li to jedini koenzimi?

Answer 2

Piruvat dehidrogenaza (E1) ima prostetsku skupinu tiaminpirofosfat (TPP), dihidrolipoil transacetilaza (E2) prostetsku skupinu lipoamid, a dihidrolipoil dehidrogenaza (E3) prostetsku skupinu FAD. TPP prenosi aktivirane aldehidne jedinice, lipoamid prenosi aktivirane acilne jedinice, a FAD prenosi elektrone i H+.
U reakciji sudjeluju još dva koenzima – CoA i NAD+. CoA prenosi aktivirane acilne grupe, a NAD+ prenosi elektrone i H+.

Question 3

Što se omogućuje stvaranjem enzimskog kopleksa? Kako se naziva kompleks enzima?

Answer 3

Stvaranjem enzimskog kompleksa povećava se ukupna brzina reakcije i smanjuje mogućnost
odvijanja neželjenih reakcija.
Kompleks enzima naziva se metabolon.

Question 4

Kako nastaje lipoamid i njegova pokretljivost?

Answer 4

Lipoamid nastaje vezanjem lipoične kiseline na lizinski ostatak E2 amidnom vezom. Na ovaj se način dobiva dugački fleksibilni lanac koji osigurava veliku pokretljivost lipoamida. Pokretljivost lipoamidnog lanca i smještaj transacetilazne komponente (E2) u srži kompleksa piruvat dehidrogenaze omogućuju ulazak lipoamida u aktivno mjesto sva tri enzima unutar kompleksa.

Question 5

Zašto se pretvorba piruvata do acetil-CoA odvija nizom međusobno povezanih reakcija?

Answer 5

Kako bi se slobodna energija dobivena dekarboksilacijom i oksidacijom piruvata sačuvala i iskoristila za sintezu tioesterske veze u acetilCoA uz redukciju NAD+ u NADH.

Question 6

Nacrtaj i objasni prva dva koraka reakcije.

Answer 6

Piruvat dehidrogenazna (E1) komponenta kompleksa katalizira prva dva koraka reakcije u kojima dolazi do oksidativne dekarboksilacije piruvata u acetilnu jedinicu. Reakcija počinje vezanjem piruvata na TPP nakon čega dolazi do njegove dekarboksilacije u hidroksietilTPP i oslobađa se CO2.
Nakon toga pokretna lipoamidna skupina (prostetska skupina E2) ulazi u aktivno mjesto E1 i sudjeluje u sljedećem koraku reakcije u kojem se hidroksietilna skupina oksidira u acetilnu skupinu. Pri tome je oksidans disulfidna grupa lipoamida koja se acetilira i reducira u acetillipoamid. Acetilna grupa je u acetil-lipoamidu vezana na lipoamid tioesterskom vezom koja je bogata energijom, što znači da je već u ovom koraku dobivena aktivirana acetilna jedinica.

Question 7

U kojoj reakciji je dobivena aktivirana acetilna jedinica?

Answer 7

Pri oksidaciji hidroksietilne skupine u acetilnu pri čemu je oksidans disulfidna grupa lipoamida koja se acetilira i reducira u acetillipoamid. (druga reakcija)

Question 8

Nacrtaj i opiši reakciju koju katalizira enzim dihidrolipoil transacetilaza.

Answer 8

Aktivirana acetilna jedinica se u sljedećem koraku reakcije, koji katalizira dihidrolipoil transacetilaza (E2), prenosi na CoA. Prijenosom acetilne jedinice sa acetil-lipoamida na CoA ponovno nastaje tioesterska veza pri čemu ostaje sačuvana energija iz tioesteske veze acetillipoamida. Nastali acetil-CoA napušta aktivno mjesto E2, a dihidrolipoamidna prostetska skupina se mora u sljedećem koraku reakcije regenerirati u lipoamid.

Question 9

Nacrtaj i opiši reakciju koju katalizira enzim dihidrolipoil dehidrogenaza.

Answer 9

Dihidrolipoamid se reoksidira u reakciji koju katalizira dihidrolipoil dehidrogenazna (E3)
komponenta kompleksa uz redukciju FAD u FADH2. Konačno se FADH2 u zadnjem koraku reakcije
oksidira u FAD, pri čemu je oksidans NAD+ koji se reducira u NADH.

Question 10

Sumarna jednadžba cijele reakcije?