Pyruvatdehydrogenase E1

Pyruvatdehydrogenase E1
	Bändermodell des Tetramer nach PDB 1NI4
	Vorhandene Strukturdaten: 1ni4, 2ozl
Masse/Länge Primärstruktur	1380 = 2361+2329 Aminosäuren
Sekundär- bis Quartärstruktur	2α+2β
Kofaktor	Thiamindiphosphat
Bezeichner
Gen-Name(n)	PDHA1, PDHA2, PDHB
Enzymklassifikation
EC, Kategorie	1.2.4.1, Oxidoreduktase
Substrat	Pyruvat + Lipoyllysin-PDHE2
Produkte	S-Acetyldihydrolipoyllysin -PDHE2 + CO2
Vorkommen
Übergeordnetes Taxon	Lebewesen

Pyruvatdehydrogenase E1 (PDHE1) ist der Name für die Untereinheit E1 des Pyruvatdehydrogenase-Enzymkomplexes. PDHE1 katalysiert die Übertragung eines Acetylrests auf das an die Untereinheit E2 gebundene Lipoyllysin, wobei ein Molekül Kohlenstoffdioxid frei wird. E1 selbst besteht aus zwei α- und zwei β-Untereinheiten. Von α gibt es beim Menschen eine zweite Isoform, die speziell in den Hoden exprimiert wird.

Mutationen in den Genen, die für α und β kodieren (in α allein sind 80 bekannt), können PDHE1-Mangel bis hin zum Leigh-Syndrom und Laktatazidose verursachen.[1][2][3]

Katalysierte Reaktion

Die Decarboxylierung von Pyruvat findet am Thiamin als katalytischem Zentrum statt, welches eine Atombindung mit Pyruvat bildet, so dass Hydroxy-Ethyliden-Thiamin-Pyrophosphat unter Abspaltung von CO₂ entsteht.

+ → → + CO₂ (R=CH₃)

Dieser Hydroxy-Ethyliden-Rest (syn. Acetaldehyd) des TPP wird von der α-Liponsäure übernommen (Oxidation). Sie ist an die Lipoat-Trans-Acetylase-Untereinheit kovalent gebunden. Es entsteht S-Acetyl-Hydrolip(oat/onamid).

+ → + (R=CH₃)

Es scheint, dass die zwei Thiamin-Moleküle im Tetramer nicht gleichzeitig die genannte Reaktionssequenz durchlaufen. In einer Kristallstudie wurde eine damit zusammenhängende Bewegung des Tetramers festgestellt.[4]

Die hodenspezifische Isoform des Enzyms spielt nach einer Studie an Hamstern eine Rolle bei der Kapazitation.[5]

Regulation

PDHE1 wird durch Phosphorylierung der α-Einheit inaktiviert bzw. durch Dephosphorylierung aktiviert. Das entsprechende Enzym ist die PDH-Kinase (EC 2.7.11.2), welches selbst ein Teil der PDH ist (= Autophosphorylierung). Erhöhte Aktivität kann bereits durch erhöhte Muskelarbeit ausgelöst werden, wobei eine Abhängigkeit der PDH-Phosphatase von der mitochondrialen Ca²⁺-Konzentration diskutiert wird.[6] Eine Hemmung durch Sepsis konnte bei Ratten gezeigt werden.[1][7][8]

Einzelnachweise

UniProt P08559
Cameron JM, Levandovskiy V, Mackay N, Tein I, Robinson BH: Deficiency of pyruvate dehydrogenase caused by novel and known mutations in the E1alpha subunit. In: Am. J. Med. Genet. A. 131, Nr. 1, November 2004, S. 59–66. doi:10.1002/ajmg.a.30287. PMID 15384102.
Han Z, Gorbatyuk M, Thomas J, Lewin AS, Srivastava A, Stacpoole PW: Down-regulation of expression of rat pyruvate dehydrogenase E1alpha gene by self-complementary adeno-associated virus-mediated small interfering RNA delivery. In: Mitochondrion. 7, Nr. 4, Juli 2007, S. 253–9. doi:10.1016/j.mito.2007.02.003. PMID 17392036. PMC 1973157 (freier Volltext).
Ciszak EM, Korotchkina LG, Dominiak PM, Sidhu S, Patel MS: Structural basis for flip-flop action of thiamin pyrophosphate-dependent enzymes revealed by human pyruvate dehydrogenase. In: J. Biol. Chem.. 278, Nr. 23, Juni 2003, S. 21240–6. doi:10.1074/jbc.M300339200. PMID 12651851.
Kumar V, Rangaraj N, Shivaji S: Activity of pyruvate dehydrogenase A (PDHA) in hamster spermatozoa correlates positively with hyperactivation and is associated with sperm capacitation. In: Biol. Reprod.. 75, Nr. 5, November 2006, S. 767–77. doi:10.1095/biolreprod.106.053587. PMID 16855207.
Rassow J et al. 2008. Biochemie. 2. Auflage, Stuttgart: Thieme Verlag, 109.
Stellingwerff T, Watt MJ, Heigenhauser GJ, Spriet LL: Effects of reduced free fatty acid availability on skeletal muscle PDH activation during aerobic exercise. Pyruvate dehydrogenase. In: Am. J. Physiol. Endocrinol. Metab.. 284, Nr. 3, März 2003, S. E589–96. doi:10.1152/ajpendo.00418.2002. PMID 12556353.
Vary TC: Sepsis-induced alterations in pyruvate dehydrogenase complex activity in rat skeletal muscle: effects on plasma lactate. In: Shock. 6, Nr. 2, August 1996, S. 89–94. PMID 8856841.

Weblinks

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[u-1] UniProt P08559

[2] Cameron JM, Levandovskiy V, Mackay N, Tein I, Robinson BH: Deficiency of pyruvate dehydrogenase caused by novel and known mutations in the E1alpha subunit. In: Am. J. Med. Genet. A. 131, Nr. 1, November 2004, S. 59–66. doi:10.1002/ajmg.a.30287. PMID 15384102.

[3] Han Z, Gorbatyuk M, Thomas J, Lewin AS, Srivastava A, Stacpoole PW: Down-regulation of expression of rat pyruvate dehydrogenase E1alpha gene by self-complementary adeno-associated virus-mediated small interfering RNA delivery. In: Mitochondrion. 7, Nr. 4, Juli 2007, S. 253–9. doi:10.1016/j.mito.2007.02.003. PMID 17392036. PMC 1973157 (freier Volltext).

[4] Ciszak EM, Korotchkina LG, Dominiak PM, Sidhu S, Patel MS: Structural basis for flip-flop action of thiamin pyrophosphate-dependent enzymes revealed by human pyruvate dehydrogenase. In: J. Biol. Chem.. 278, Nr. 23, Juni 2003, S. 21240–6. doi:10.1074/jbc.M300339200. PMID 12651851.

[5] Kumar V, Rangaraj N, Shivaji S: Activity of pyruvate dehydrogenase A (PDHA) in hamster spermatozoa correlates positively with hyperactivation and is associated with sperm capacitation. In: Biol. Reprod.. 75, Nr. 5, November 2006, S. 767–77. doi:10.1095/biolreprod.106.053587. PMID 16855207.

[6] Rassow J et al. 2008. Biochemie. 2. Auflage, Stuttgart: Thieme Verlag, 109.

[7] Stellingwerff T, Watt MJ, Heigenhauser GJ, Spriet LL: Effects of reduced free fatty acid availability on skeletal muscle PDH activation during aerobic exercise. Pyruvate dehydrogenase. In: Am. J. Physiol. Endocrinol. Metab.. 284, Nr. 3, März 2003, S. E589–96. doi:10.1152/ajpendo.00418.2002. PMID 12556353.

[8] Vary TC: Sepsis-induced alterations in pyruvate dehydrogenase complex activity in rat skeletal muscle: effects on plasma lactate. In: Shock. 6, Nr. 2, August 1996, S. 89–94. PMID 8856841.