पाइरूवेट डिहाइड्रोजनेज कॉम्प्लेक्स

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पाइरूवेट डिहाइड्रोजनेज कॉम्प्लेक्स (PDC) तीन एंजाइमों का एक कॉम्प्लेक्स है जो पाइरूवेट को पाइरूवेट डीकार्बोक्सिलेशन नामक प्रक्रिया द्वारा एसिटाइल-CoA में परिवर्तित करता है।[1] एसिटाइल-CoA का उपयोग तब कोशिकीय श्वसन करने के लिए साइट्रिक एसिड चक्र में किया जा सकता है, और यह कॉम्प्लेक्स ग्लाइकोलाइसिस मेटाबॉलिक पाथवे को साइट्रिक एसिड चक्र से जोड़ता है। पाइरूवेट डीकार्बोक्सिलेशन को "पाइरूवेट डिहाइड्रोजनेज प्रतिक्रिया" के रूप में भी जाना जाता है क्योंकि इसमें पाइरूवेट का ऑक्सीकरण भी शामिल होता है। पाइरूवेट डिहाइड्रोजनेज एंजाइमों का स्तर कार्बोहाइड्रेट चयापचय की दर को विनियमित करने में एक प्रमुख भूमिका निभाता है और विकासवादी रूप से प्राचीन हार्मोन इंसुलिन द्वारा दृढ़ता से उत्तेजित होता है। PDC का विरोध पाइरूवेट डिहाइड्रोजनेज काइनेज की गतिविधि द्वारा किया जाता है, और यह तंत्र भोजन, भुखमरी, मधुमेह, हाइपरथायरायडिज्म और हाइबरनेशन सहित कई शारीरिक स्थितियों में कार्बोहाइड्रेट और लिपिड चयापचय की दरों को विनियमित करने में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।

यह मल्टीएंजाइम कॉम्प्लेक्स संरचनात्मक और कार्यात्मक रूप से ऑक्सोग्लूटारेट डिहाइड्रोजनेज कॉम्प्लेक्स (OGDC), 2-ऑक्सोएडिपेट डिहाइड्रोजनेज कॉम्प्लेक्स (OADHC) और ब्रांच्ड-चेन ऑक्सो-एसिड डिहाइड्रोजनेज कॉम्प्लेक्स (BCKDC) से संबंधित है, जो सभी 2-ऑक्सोएसिड डिहाइड्रोजनेज कॉम्प्लेक्स परिवार के सदस्य हैं।[2] ग्लूकोज होमोस्टैसिस, पाइरूवेट डिहाइड्रोजनेज स्तर और इलेक्ट्रॉन ट्रांसपोर्ट चेन में AMP-activated protein kinase (AMPK) के उत्पादन के विनियमन में इंसुलिन की भूमिका प्रजातियों में विकासवादी रूप से संरक्षित रही है। खाने या उपवास जैसी स्थितियों से सब्सट्रेट उपयोग में बदलाव प्रेरित किया जा सकता है, और ग्लूकोज या फैटी एसिड का ऑक्सीकरण दूसरे सब्सट्रेट के उपयोग को दबाने की प्रवृत्ति रखता है (एक घटना जिसे रैंडल चक्र के रूप में जाना जाता है)। मैक्रोन्यूट्रिएंट्स का सेवन इंसुलिन और अन्य रासायनिक संदेशवाहकों जैसे ग्लूकागन-लाइक पेप्टाइड 1 (GLP-1) के स्राव और रिलीज को उत्तेजित करता है, जो शरीर में ग्लूकोज के स्तर, इंसुलिन संवेदनशीलता, तृप्ति और वसा संतुलन को विनियमित करने का कार्य करते हैं। भोजन के बाद की अवधि में, इंसुलिन अग्न्याशय द्वारा निर्मित होता है और चयापचय संबंधी मांगों को पूरा करने और ग्लूकोटॉक्सिसिटी को रोकने के लिए कार्बोहाइड्रेट चयापचय को सक्रिय करने और ग्लूकोज निपटान को उत्तेजित करने का कार्य करता है। जब इंसुलिन ग्लूकोज के उपयोग को कुशलतापूर्वक उत्तेजित करने में असमर्थ होता है, तो शरीर के ऊतक इसके हाइपोग्लाइसेमिक प्रभावों के प्रति प्रतिरोधी हो जाते हैं, जिससे समय के साथ इंसुलिन प्रतिरोध की स्थिति विकसित होती है। यह खराब आहार, गतिहीन जीवन शैली, मोटापा और अन्य संभावित रूप से परिवर्तनीय जोखिम कारकों के कारण हाइपरइंसुलिनमिया के दीर्घकालिक संपर्क के कारण हो सकता है। यह घटना लेप्टिन प्रतिरोध के समान है और संभावित रूप से दीर्घकालिक रूप से बढ़े हुए इंसुलिन स्तर से उत्पन्न कई हानिकारक स्वास्थ्य प्रभावों का कारण बन सकती है, जैसे कि अत्यधिक वसा भंडारण और डी नोवो संश्लेषण, हेपेटिक और परिधीय इंसुलिन प्रतिरोध, गैर-अल्कोहलिक फैटी लिवर रोग (NAFLD), उच्च रक्तचाप और डिस्लिपिडेमिया, और बिगड़ा हुआ आहार-प्रेरित थर्मोजेनेसिस के कारण कम resting energy expenditure (REE)।

प्रतिक्रिया

पाइरूवेट डिहाइड्रोजनेज कॉम्प्लेक्स द्वारा उत्प्रेरित प्रतिक्रिया है: minor_reverse_product(s)=

संरचना

पाइरूवेट डिहाइड्रोजनेज (E1)

E1 सबयूनिट, जिसे पाइरूवेट डिहाइड्रोजनेज सबयूनिट कहा जाता है, या तो एक होमोडाइमर (दो "α" श्रृंखलाओं से युक्त, उदा. Escherichia coli में) है या दो अलग-अलग श्रृंखलाओं (दो "α" और दो "β" श्रृंखलाएं) का एक हेटरोटेट्रामर है। एक मैग्नीशियम आयन अल्फा श्रृंखला पर स्थित तीन ध्रुवीय अमीनो एसिड अवशेषों (Asp, Asn, और Tyr) के साथ एक 4-समन्वय कॉम्प्लेक्स बनाता है, और थायमिन डाइफॉस्फेट (TPP) कोफ़ैक्टर सीधे पाइरूवेट के डीकार्बोक्सिलेशन में शामिल होता है।[3]

डाइहाइड्रोलिपोइल ट्रांसएसिटिलेज (E2)

E2 सबयूनिट, या डाइहाइड्रोलिपोइल एसिटाइलट्रांसफेरेज, प्रोकैरियोट्स और यूकेरियोट्स दोनों के लिए, आम तौर पर तीन डोमेन से बना होता है। N-टर्मिनल डोमेन (लिपोइल डोमेन), में लगभग 80 अमीनो एसिड के 1–3 लिपोइल समूह होते हैं। परिधीय सबयूनिट बाइंडिंग डोमेन (PSBD), E1 और E3 सबयूनिट्स के अन्य डोमेन के लिए एक चयनात्मक बाइंडिंग साइट के रूप में कार्य करता है। अंत में, C-टर्मिनल (उत्प्रेरक) डोमेन एसिटाइल समूहों के हस्तांतरण और एसिटाइल-CoA संश्लेषण को उत्प्रेरित करता है।[4] गैमाप्रोटियोबैक्टीरिया में, E2 की 24 प्रतियां पाइरूवेट डिहाइड्रोजनेज कॉम्प्लेक्स का घन कोर बनाती हैं, जिसमें 8 E2 होमोट्रिमर घन कोर कण के शीर्ष पर स्थित होते हैं।

डाइहाइड्रोलिपोइल डिहाइड्रोजनेज (E3)

E3 सबयूनिट, जिसे डाइहाइड्रोलिपोइल डिहाइड्रोजनेज एंजाइम कहा जाता है, एक होमोडाइमर प्रोटीन के रूप में पहचाना जाता है जिसमें सिस्टीन अवशेष, जो डाइसल्फाइड बॉन्डिंग में लगे होते हैं, और सक्रिय साइट में FAD कोफ़ैक्टर एक ऑक्सीकरण उत्प्रेरक के रूप में इसके मुख्य उद्देश्य को सुविधाजनक बनाते हैं। E3 संरचना का एक उदाहरण, जो Pseudomonas putida में पाया जाता है, इस तरह से बनता है कि प्रत्येक व्यक्तिगत होमोडाइमर सबयूनिट में FAD बाइंडिंग और NAD बाइंडिंग के लिए जिम्मेदार दो बाइंडिंग डोमेन, साथ ही एक केंद्रीय डोमेन और एक इंटरफ़ेस डोमेन होता है।[5]

डाइहाइड्रोलिपोइल डिहाइड्रोजनेज बाइंडिंग प्रोटीन (E3BP)

अधिकांश यूकेरियोट्स के लिए अद्वितीय एक सहायक प्रोटीन E3 बाइंडिंग प्रोटीन (E3BP) है, जो E3 सबयूनिट को PDC कॉम्प्लेक्स से बांधने का कार्य करता है। मानव E3BP के मामले में, BP में हाइड्रोफोबिक प्रोलाइन और ल्यूसीन अवशेष दो समान E3 मोनोमर्स के बाइंडिंग द्वारा गठित सतह पहचान साइट के साथ बातचीत करते हैं।[6]

तंत्र

December 2023

एंजाइम संक्षिप्त नाम कोफ़ैक्टर # सबयूनिट्स प्रोकैरियोट्स # सबयूनिट्स यूकेरियोट्स
पाइरूवेट डिहाइड्रोजनेज
(1.2.4.1)		 E1 TPP (थायमिन पायरोफॉस्फेट), Mg2+ 32 30
डाइहाइड्रोलिपोइल ट्रांसएसिटिलेज
(2.3.1.12)		 E2 अल्फा-लिपोइक एसिड (लिपोएट) 24 60
डाइहाइड्रोलिपोइल डिहाइड्रोजनेज
(1.8.1.4)		 E3 FAD 16 12

पाइरूवेट डिहाइड्रोजनेज (E1)

মূল নিবন্ধ: Pyruvate dehydrogenase प्रारंभ में, पाइरूवेट और थायमिन पाइरोफॉस्फेट (TPP या विटामिन B1) पाइरूवेट डिहाइड्रोजनेज सबयूनिट्स द्वारा बंधे होते हैं।[1] TPP का थायज़ोलियम वलय ज़्विटरआयनिक रूप में होता है, और ऋणायनिक C2 कार्बन पाइरूवेट के C2 (कीटोन) कार्बोनिल पर एक न्यूक्लियोफिलिक हमला करता है। परिणामी मध्यवर्ती डीकार्बोक्सिलेशन से गुजरकर एक एसाइल ऋणायन समकक्ष उत्पन्न करता है (देखें साइनोहाइड्रिन या एल्डिहाइड-डाइथायन अम्पोलुंग रसायन विज्ञान, साथ ही बेंज़ोइन संघनन)। यह ऋणायन एक ऑक्सीकृत लिपोएट प्रजाति के S1 पर हमला करता है जो एक लाइसिन अवशेष से जुड़ी होती है। एक वलय-उद्घाटन SN2-जैसे तंत्र में, S2 को सल्फाइड या सल्फहाइड्रिल मोइटी के रूप में विस्थापित किया जाता है। टेट्राहेड्रल मध्यवर्ती के बाद के पतन से थायज़ोल बाहर निकल जाता है, जिससे TPP कोफैक्टर मुक्त होता है और लिपोएट के S1 पर एक थायोएसीटेट उत्पन्न होता है। E1-उत्प्रेरित प्रक्रिया पूरे पाइरूवेट डिहाइड्रोजनेज कॉम्प्लेक्स का दर-सीमित करने वाला चरण है।

डाइहाइड्रोलिपोयल ट्रांसएसिटिलेज (E2)

इस बिंदु पर, लिपोएट-थायोएस्टर कार्यक्षमता को डाइहाइड्रोलिपोयल ट्रांसएसिटिलेज (E2) सक्रिय साइट में स्थानांतरित कर दिया जाता है,[1] जहाँ एक ट्रांसएसिलेशन प्रतिक्रिया एसिटाइल को लिपोइल की "स्विंगिंग आर्म" से कोएंजाइम A के थायोल में स्थानांतरित करती है। यह एसिटाइल-CoA उत्पन्न करता है, जो एंजाइम कॉम्प्लेक्स से मुक्त हो जाता है और बाद में साइट्रिक एसिड चक्र में प्रवेश करता है। E2 को लिपोएमाइड रिडक्टेस-ट्रांसएसिटिलेज के रूप में भी जाना जा सकता है।

डाइहाइड्रोलिपोयल डिहाइड्रोजनेज (E3)

डाइहाइड्रोलिपोएट, जो कॉम्प्लेक्स के एक लाइसिन अवशेष से सहसंयोजक रूप से बंधा होता है, को फिर डाइहाइड्रोलिपोयल डिहाइड्रोजनेज (E3) सक्रिय साइट में स्थानांतरित किया जाता है,[1] जहाँ यह फ्लेविन-मध्यस्थता ऑक्सीकरण से गुजरता है, जो रसायन विज्ञान में उदाहरण के लिए थियोरेडॉक्सिन रिडक्टेस के समान है। सबसे पहले, FAD डाइहाइड्रोलिपोएट को वापस उसके लिपोएट (डाइसल्फाइड) विश्राम अवस्था में ऑक्सीकृत करता है, जिससे FADH2 उत्पन्न होता है। फिर, सबस्ट्रेट NAD+ FADH2 को वापस उसकी FAD विश्राम अवस्था में ऑक्सीकृत करता है, जिससे NADH और H+ उत्पन्न होते हैं।

प्रजातियों के बीच संरचना और सबयूनिट संरचना में अंतर

सभी जीवों में, PDC तीन उत्प्रेरक सबयूनिट्स E1, E2 और E3 की कई प्रतियों से बना एक बड़ा कॉम्प्लेक्स है। सभी PDC की एक और सामान्य विशेषता यह है कि सबयूनिट E2 कॉम्प्लेक्स का कोर बनाता है जिससे परिधीय सबयूनिट्स E1 और E3 जुड़ते हैं। यूकेरियोटिक PDC में कोर में एक अतिरिक्त, गैर-उत्प्रेरक सबयूनिट होता है जिसे E3 बाइंडिंग प्रोटीन (E3BP) (कभी-कभी "प्रोटीन X" भी) कहा जाता है। E2 और E3BP की कई प्रतियों वाले हेटेरो-ओलिगोमेरिक कोर वाले PDC में, E1 विशेष रूप से E2 के साथ जुड़ता है, और E3 केवल E3BP से जुड़ता है। इसके विपरीत, E2 के होमो-ओलिगोमेरिक कोर वाले बैक्टीरियल PDC में E1 और E3, E2 से जुड़ने के लिए प्रतिस्पर्धा करते हैं। जबकि परिधीय एंजाइम E3 सभी जीवों में एक होमोडाइमर है, परिधीय एंजाइम E1 यूकेरियोट्स में एक अल्फा2बीटा2 हेटेरोटेट्रामर है।

ग्राम-नेगेटिव बैक्टीरिया

ग्राम-नेगेटिव बैक्टीरिया में, जैसे एस्चेरिचिया कोलाई, PDC में डाइहाइड्रोलिपोयल ट्रांसएसिटिलेज (E2) के 24 अणुओं से बना एक केंद्रीय क्यूबिक कोर होता है। पाइरूवेट डिहाइड्रोजनेज (E1) के 16 होमोडाइमर और डाइहाइड्रोलिपोयल डिहाइड्रोजनेज (E3) के 8 होमोडाइमर E2 24-मर के 24 परिधीय सबयूनिट बाइंडिंग डोमेन (PSBDs) से जुड़ते हैं।

गैमाप्रोटियोबैक्टीरिया में, E1 या E3 को बांधने के लिए PSBD की विशिष्टता PSBD की ओलिगोमेरिक स्थिति द्वारा निर्धारित की जाती है। प्रत्येक E2 होमोट्राइमर में, तीन में से दो PSBDs डाइमेराइज़ होते हैं। जबकि दो E1 होमोडाइमर सहकारी रूप से डाइमेरिक PSBD को बांधते हैं, शेष, अनपेयर्ड PSBD विशेष रूप से एक E3 होमोडाइमर के साथ इंटरैक्ट करता है। इस प्रकार PSBD डाइमेराइज़ेशन पाइरूवेट डिहाइड्रोजनेज कॉम्प्लेक्स की सबयूनिट संरचना को निर्धारित करता है जब यह परिधीय सबयूनिट्स E1 और E3 के साथ पूरी तरह से संतृप्त होता है, जिसका स्टोइकोमेट्री E1:E2:E3 (मोनोमर्स) = 32:24:16 है। [7]

ग्राम-पॉजिटिव बैक्टीरिया और यूकेरियोट्स

इसके विपरीत, ग्राम-पॉजिटिव बैक्टीरिया (जैसे बैसिलस स्टीयरोथर्मोफिलस) और यूकेरियोट्स में केंद्रीय PDC कोर में 60 E2 अणु होते हैं जो एक आइकोसाहेड्रोन में व्यवस्थित होते हैं।

यूकेरियोट्स में, यह E2 कोर E1 की 30 प्रतियों और E3 की 12 प्रतियों के साथ समन्वय करता है। यूकेरियोट्स में एक अतिरिक्त कोर प्रोटीन, E3 बाइंडिंग प्रोटीन (E3BP) की 12 प्रतियां भी होती हैं जो E3 सबयूनिट्स को E2 कोर से बांधती हैं।[8] E3BP का सटीक स्थान पूरी तरह से स्पष्ट नहीं है। क्रायो-इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी ने स्थापित किया है कि E3BP खमीर (yeast) में प्रत्येक आइकोसाहेड्रल चेहरे से जुड़ता है। हालाँकि, यह सुझाव दिया गया है कि यह गोजातीय (bovine) PDC कोर में E2 अणुओं की एक समान संख्या को प्रतिस्थापित करता है।

ग्राम-पॉजिटिव बैक्टीरिया से E2 कोर के साथ 60 E1 या E3 अणु तक जुड़ सकते हैं - बाइंडिंग परस्पर अनन्य है।

विनियमन

पाइरूवेट डिहाइड्रोजनेज तब बाधित होता है जब निम्नलिखित तीन अनुपातों में से एक या अधिक बढ़ जाते हैं: ATP/ADP, NADH/NAD+ और एसिटाइल-CoA/CoA।

यूकेरियोट्स में PDC को उसके स्वयं के विशिष्ट पाइरूवेट डिहाइड्रोजनेज काइनेज (PDK) और पाइरूवेट डिहाइड्रोजनेज फॉस्फेटेस (PDP) द्वारा कसकर विनियमित किया जाता है, जो क्रमशः इसे निष्क्रिय और सक्रिय करते हैं।[9]

  • PDK E1 पर तीन विशिष्ट सेरीन अवशेषों को अलग-अलग आत्मीयता के साथ फॉस्फोराइलेट करता है। उनमें से किसी एक का फॉस्फोराइलेशन (ATP का उपयोग करके) E1 (और परिणामस्वरूप पूरे कॉम्प्लेक्स) को निष्क्रिय कर देता है।
  • PDP द्वारा E1 का डीफॉस्फोराइलेशन कॉम्प्लेक्स की गतिविधि को बहाल करता है।

प्रतिक्रिया के उत्पाद PDC के एलोस्टेरिक अवरोधक के रूप में कार्य करते हैं, क्योंकि वे PDK को सक्रिय करते हैं। सबस्ट्रेट्स बदले में PDK को बाधित करते हैं, जिससे PDC पुनः सक्रिय हो जाता है।

भुखमरी के दौरान, अधिकांश ऊतकों में, कंकाल की मांसपेशियों सहित, बढ़े हुए जीन प्रतिलेखन के माध्यम से PDK की मात्रा बढ़ जाती है। समान परिस्थितियों में, PDP की मात्रा कम हो जाती है। PDC का परिणामी अवरोध मांसपेशियों और अन्य ऊतकों को ग्लूकोज और ग्लूकोनियोजेनेसिस अग्रदूतों के अपचय (catabolizing) से रोकता है। चयापचय वसा उपयोग की ओर स्थानांतरित हो जाता है, जबकि ग्लूकोनियोजेनेसिस अग्रदूतों की आपूर्ति के लिए मांसपेशियों के प्रोटीन का टूटना कम हो जाता है, और उपलब्ध ग्लूकोज को मस्तिष्क द्वारा उपयोग के लिए बचा लिया जाता है।

कैल्शियम आयनों की मांसपेशियों के ऊतकों में PDC के विनियमन में भूमिका होती है, क्योंकि यह PDP को सक्रिय करता है, जो मांसपेशियों के संकुचन के दौरान साइटोसोल में इसके रिलीज होने पर ग्लाइकोलाइसिस को उत्तेजित करता है। इन प्रतिलेखनों के कुछ उत्पाद मांसपेशियों में H2 छोड़ते हैं। यह कैल्शियम आयनों को समय के साथ क्षय करने का कारण बन सकता है।

पाइरूवेट डीकार्बोक्सिलेशन का स्थानीयकरण

यूकेरियोटिक कोशिकाओं में पाइरूवेट डीकार्बोक्सिलेशन माइटोकॉन्ड्रियल मैट्रिक्स के अंदर होता है, जो साइटोसोल से सबस्ट्रेट, पाइरूवेट के परिवहन के बाद होता है। माइटोकॉन्ड्रिया में पाइरूवेट का परिवहन परिवहन प्रोटीन पाइरूवेट ट्रांसलोकेस के माध्यम से होता है। पाइरूवेट ट्रांसलोकेस एक प्रोटॉन के साथ (आंतरिक माइटोकॉन्ड्रियल झिल्ली के पार) सिम्पोर्ट फैशन में पाइरूवेट का परिवहन करता है, जिसे द्वितीयक सक्रिय परिवहन का एक रूप माना जा सकता है, लेकिन यहाँ "द्वितीयक सक्रिय परिवहन" विवरणक के उपयोग के लिए और अधिक पुष्टि/समर्थन की आवश्यकता हो सकती है (नोट: पाइरूवेट ट्रांसलोकेस के माध्यम से पाइरूवेट परिवहन विधि S. Papa et al., 1971 के अनुसार एक प्रोटॉन ग्रेडिएंट से जुड़ी हुई प्रतीत होती है, जो परिभाषा में द्वितीयक सक्रिय परिवहन से मेल खाती है)।[10]

वैकल्पिक स्रोत कहते हैं कि "बाहरी माइटोकॉन्ड्रियल झिल्ली के पार पाइरूवेट का परिवहन बड़े गैर-चयनात्मक चैनलों जैसे वोल्टेज-निर्भर आयन चैनलों के माध्यम से आसानी से पूरा होता प्रतीत होता है, जो निष्क्रिय प्रसार को सक्षम करते हैं" और आंतरिक माइटोकॉन्ड्रियल झिल्ली के पार परिवहन माइटोकॉन्ड्रियल पाइरूवेट कैरियर 1 (MPC1) और माइटोकॉन्ड्रियल पाइरूवेट कैरियर 2 (MPC2) द्वारा मध्यस्थता की जाती है।[11]

माइटोकॉन्ड्रियल मैट्रिक्स में प्रवेश करने पर, पाइरूवेट का डीकार्बोक्सिलेशन होता है, जिससे एसिटाइल-CoA (और कार्बन डाइऑक्साइड तथा NADH) उत्पन्न होता है। यह अपरिवर्तनीय अभिक्रिया एसिटाइल-CoA को माइटोकॉन्ड्रिया के भीतर ही रोक देती है (एसिटाइल-CoA को केवल उच्च ऑक्सालोएसीटेट की स्थितियों में साइट्रेट शटल के माध्यम से माइटोकॉन्ड्रियल मैट्रिक्स से बाहर निकाला जा सकता है, जो कि TCA का एक मध्यवर्ती है और सामान्यतः कम मात्रा में पाया जाता है)। इस अभिक्रिया द्वारा उत्पन्न कार्बन डाइऑक्साइड अध्रुवीय (nonpolar) और छोटी होती है, और यह माइटोकॉन्ड्रिया से बाहर तथा कोशिका से बाहर विसरित (diffuse) हो सकती है।

प्रोकैरियोट (prokaryotes) में, जिनमें माइटोकॉन्ड्रिया नहीं होते, यह अभिक्रिया या तो साइटोसोल में होती है, या बिल्कुल नहीं होती।

विकासात्मक इतिहास

यह पाया गया कि यूकेरियोटिक कोशिकाओं के माइटोकॉन्ड्रिया में पाया जाने वाला पाइरूवेट डिहाइड्रोजनेज एंजाइम Geobacillus stearothermophilus के एंजाइम से काफी मिलता-जुलता है, जो ग्राम-पॉजिटिव बैक्टीरिया की एक प्रजाति है। ग्राम-पॉजिटिव बैक्टीरिया के साथ पाइरूवेट डिहाइड्रोजनेज कॉम्प्लेक्स की समानताओं के बावजूद, ग्राम-नेगेटिव बैक्टीरिया के एंजाइमों के साथ इसकी बहुत कम समानता है। पाइरूवेट डिहाइड्रोजनेज और ग्राम-पॉजिटिव बैक्टीरिया के एंजाइमों के बीच चतुर्धातुक संरचनाओं (quaternary structures) की समानताएं एक साझा विकासात्मक इतिहास की ओर इशारा करती हैं, जो ग्राम-नेगेटिव बैक्टीरिया में पाए जाने वाले संबंधित एंजाइमों के विकासात्मक इतिहास से अलग है। एक एंडोसिम्बायोटिक घटना के माध्यम से, यूकेरियोटिक माइटोकॉन्ड्रिया में पाया जाने वाला पाइरूवेट डिहाइड्रोजनेज ग्राम-पॉजिटिव बैक्टीरिया से जुड़े पैतृक संबंधों की ओर इशारा करता है।[12]

पाइरूवेट डिहाइड्रोजनेज कॉम्प्लेक्स, ब्रांच्ड चेन 2-ऑक्सोएसिड डिहाइड्रोजनेज (BCOADH) के साथ कई समानताएं साझा करते हैं, विशेष रूप से अल्फा-कीटो एसिड के लिए उनकी सब्सट्रेट विशिष्टता में। विशेष रूप से, BCOADH अमीनो एसिड के क्षरण को उत्प्रेरित करता है और ये एंजाइम प्रागैतिहासिक पृथ्वी पर उन अवधियों के दौरान प्रचलित रहे होंगे जो समृद्ध अमीनो एसिड वातावरण से प्रभावित थे। पाइरूवेट डिहाइड्रोजनेज से E2 सबयूनिट BCOADH में पाए जाने वाले E2 जीन से विकसित हुआ है, जबकि दोनों एंजाइमों में केवल एक E3 जीन की उपस्थिति के कारण समान E3 सबयूनिट होते हैं। चूंकि E1 सबयूनिट्स में विशिष्ट सब्सट्रेट्स के लिए एक विशिष्टता होती है, इसलिए पाइरूवेट डिहाइड्रोजनेज और BCOADH के E1 सबयूनिट भिन्न होते हैं लेकिन आनुवंशिक समानताएं साझा करते हैं। ग्राम-पॉजिटिव बैक्टीरिया और सायनोबैक्टीरिया, जिन्होंने बाद में यूकेरियोटिक कोशिकाओं में माइटोकॉन्ड्रिया और क्लोरोप्लास्ट को जन्म दिया, ने उन E1 सबयूनिट्स को बरकरार रखा जो आनुवंशिक रूप से BCOADH एंजाइमों में पाए जाने वाले सबयूनिट्स से संबंधित हैं।[13]

नैदानिक प्रासंगिकता

पाइरूवेट डिहाइड्रोजनेज की कमी (PDCD) कॉम्प्लेक्स बनाने के लिए उपयोग किए जाने वाले किसी भी एंजाइम या कोफ़ेक्टर में उत्परिवर्तन (mutations) के परिणामस्वरूप हो सकती है। इसका प्राथमिक नैदानिक निष्कर्ष लैक्टिक एसिडोसिस है।[14] ऐसे PDCD उत्परिवर्तन, जो NAD और FAD उत्पादन में बाद की कमियों की ओर ले जाते हैं, ऑक्सीडेटिव फास्फोराइलेशन प्रक्रियाओं में बाधा डालते हैं जो एरोबिक श्वसन में महत्वपूर्ण हैं। इस प्रकार, एसिटाइल-CoA को इसके बजाय अवायवीय (anaerobic) तंत्र के माध्यम से लैक्टेट जैसे अन्य अणुओं में अपचयित (reduced) कर दिया जाता है, जिससे शरीर में लैक्टेट की अधिकता और संबंधित न्यूरोलॉजिकल विकृति हो जाती है।

हालांकि पाइरूवेट डिहाइड्रोजनेज की कमी दुर्लभ है, लेकिन कई अलग-अलग जीन हैं जो उत्परिवर्तित या निष्क्रिय होने पर इस कमी को प्रेरित कर सकते हैं। सबसे पहले, पाइरूवेट डिहाइड्रोजनेज की E1 सबयूनिट में चार अलग-अलग सबयूनिट होते हैं: दो अल्फा सबयूनिट जिन्हें E1-अल्फा के रूप में नामित किया गया है और दो बीटा सबयूनिट जिन्हें E1-बीटा के रूप में नामित किया गया है। E1-अल्फा सबयूनिट में पाया जाने वाला PDHA1 जीन, जब उत्परिवर्तित होता है, तो पाइरूवेट डिहाइड्रोजनेज की कमी के 80% मामलों का कारण बनता है क्योंकि यह उत्परिवर्तन E1-अल्फा प्रोटीन को छोटा कर देता है। कार्यात्मक E1 अल्फा में कमी पाइरूवेट डिहाइड्रोजनेज को पाइरूवेट से पर्याप्त रूप से जुड़ने से रोकती है, जिससे समग्र कॉम्प्लेक्स की गतिविधि कम हो जाती है।[15] जब कॉम्प्लेक्स की E1 बीटा सबयूनिट में पाया जाने वाला PDHB जीन उत्परिवर्तित होता है, तो यह भी पाइरूवेट डिहाइड्रोजनेज की कमी की ओर ले जाता है। इसी तरह, कॉम्प्लेक्स की अन्य सबयूनिट्स पर पाए जाने वाले उत्परिवर्तन, जैसे E2 सबयूनिट पर पाया जाने वाला DLAT जीन, E3 सबयूनिट पर पाया जाने वाला PDHX जीन, साथ ही पाइरूवेट डिहाइड्रोजनेज फॉस्फेटेज जीन पर एक उत्परिवर्तन, जिसे PDP1 के रूप में जाना जाता है, सभी को पाइरूवेट डिहाइड्रोजनेज की कमी से जोड़ा गया है, हालांकि रोग की स्थिति में उनका विशिष्ट योगदान अज्ञात है।

ACSF3 की कमी के कारण होने वाली चयापचय संबंधी बीमारी संयुक्त मैलोनिक और मिथाइलमैलोनिक एसिडुरिया (CMAMMA) में, माइटोकॉन्ड्रियल फैटी एसिड संश्लेषण (mtFAS) बाधित होता है, जो लिपोइक एसिड जैवसंश्लेषण की अग्रदूत अभिक्रिया है।[16] इसका परिणाम महत्वपूर्ण माइटोकॉन्ड्रियल एंजाइमों, जैसे कि पाइरूवेट डिहाइड्रोजनेज कॉम्प्लेक्स (PDC) और ऑक्सोग्लूटारेट डिहाइड्रोजनेज कॉम्प्लेक्स (OGDC) के लिपोइलेशन (lipoylation) स्तर में कमी है।

इन्हें भी देखें

संदर्भ

  1. ↑ 1.0 1.1 1.2 1.3 (2016-01-01). Mitochondrial Case Studies. 93–101. Academic Press. ISBN 978-0-12-800877-5. doi:10.1016/b978-0-12-800877-5.00012-7.
  2. ↑ Mailloux, Ryan J.. (June 2024). "The emerging importance of the α-keto acid dehydrogenase complexes in serving as intracellular and intercellular signaling platforms for the regulation of metabolism". Redox Biology. 72. doi:10.1016/j.redox.2024.103155.
  3. ↑ (2018). "How phosphorylation influences E1 subunit pyruvate dehydrogenase: A computational study". Scientific Reports. 8 (14683) 14683. doi:10.1038/s41598-018-33048-z.
  4. ↑ (2014). "The pyruvate dehydrogenase complexes: structure-based function and regulation". The Journal of Biological Chemistry. 289 (24) 16615–16623. doi:10.1074/jbc.R114.563148.
  5. ↑ (2010). "Lipoic Acid Biosynthesis and Enzymology". Comprehensive Natural Products. 2 (7) 181–212. doi:10.1016/B978-008045382-8.00137-4.
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स्रोत: अंग्रेज़ी विकिपीडिया के “Pyruvate dehydrogenase complex” लेख का अनुवाद। मूल लेख: https://en.wikipedia.org/wiki/Pyruvate_dehydrogenase_complex यह अनुवाद स्वचालित रूप से तैयार किया गया है।

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