pyruvatdehydrogenase

Pyruvatdehydrogenase er et enzymkompleks inni celler som er viktig for at celler skal kunne utnytte energien i glukose (druesukker). Pyruvatdehydrogenase er viktig for en sentral reaksjon i stoffskiftet vårt, og er nødvendig for at cellene våre skal kunne fullstendig nyttiggjøre seg av glukose til energiproduksjon, energilagring i fettvev og produksjon av nye stoffer.

Faktaboks

Uttale

pyruvat-dehydrogenase

Når vi bryter ned glukose, lages det et stoff som heter pyruvat. For at dette skal bli nedbrutt videre i mitokondriene (cellens kraftverk), må pyruvat omdannes av pyruvatdehydrogenase til acetylkoenzym A.

Enzymkomplekset knytter glykolysen til andre reaksjonsveier i cellen, som sitronsyresyklus, fettsyresyntese og kolesterolsyntese, der acetylkoenzym A brukes som substrat. Enzymkomplekset finnes mitokondriene i dyre- og planteceller (eukaryote celler) og i cytosol i bakterier og arker (prokaryote celler).

Pyruvatdehydrogenase består av tre typer enzymer som til sammen katalyserer fem delreaksjoner. Disse fem reaksjonene utgjør en reaksjonssyklus av reduksjons- og oksidasjonsreaksjoner som må gjennomføres for hvert pyruvatmolekyl som omdannes til acetylkoenzym A. Pyruvatdehydrogenase er et stort ringformet enzymkompleks som består av mange sett med enzym-tripletter, der hver triplett omdanner pyruvat til acetylkoenzym A.

I tillegg til produksjon av acetylkoenzym A står pyruvatdehydrogenase-komplekset for gjendannelse av elektronbæreren NADH fra NAD +. NADH brukes av cellen i elektrontransportkjeden for ATP-produksjon.

Funksjon og mekanisme

Pyruvatdehydrogenase omdanner pyruvat til acetylkoenzym A gjennom en reaksjonsform som kalles oksidativ dekarboksylering. Dette innebærer at enzymkomplekset spalter av et karbonatom i en redoksreaksjon. I løpet av reaksjonen reduserer enzymkomplekset elektronbæreren NAD+ til NADH, som kan overføre reduksjonsenergien til elektrontransportkjeden og bidra til gjendannelse av ATP.

Omdannelsen av pyruvat til acetyl-koenzym A foregår over fem reaksjonssteg. Disse reaksjonene katalyseres av tre spesialiserte enzymsubenheter. Disse enzymene kalles pyruvatdehydrogenase (enzym 1), dihydrolipoyltransacetylase (enzym 2), og dihydrolipoyldehydrogenase (enzym 3).

De fem delreaksjonene involverer også til sammen fem koenzymer:

Koenzymene gjennomgår reduksjoner og oksidasjoner gjennom reaksjonssyklusen, og enkelte av reaksjonene gjøres for å bringe koenzymene tilbake til sin opprinnelige tilstand, slik at et nytt pyruvatmolekyl kan omdannes.

Reaksjonssteg

  1. Det første reaksjonssteget katalyseres av pyruvatdehydrogenase, som spalter av karbondioksid fra pyruvat, slik at det dannes en hydroksyetyl-gruppe. Gjennom reaksjonen blir hydroksyetyl bundet til tiaminpyrofosfat. Denne reaksjonen er den hastighetsbegrensende reaksjonen for reaksjonssyklusen.
  2. Det andre reaksjonssteget katalyseres også av pyruvatdehydrogenase. I denne reaksjonen blir hydroksyetyl redusert til acetyl, og overført til koenzymet lipoat, som ligger bundet til enzymet dihydrolipoyltransacetylase.
  3. Det tredje reaksjonssteget katalyseres av enzymet dihydrolipoyltransacetylase, som lager en svovelbinding mellom acetyl og koenzym A. Denne reaksjonen gir det ferdige produktet acetylkoenzym A, som frigjøres etter reaksjonen. De to siste reaksjonene er redoksreaksjoner som sørger for at de involverte koenzymene kommer tilbake til sin opprinnelige tilstand, samtidig som det dannes NADH.
  4. Det fjerde reaksjonssteget katalyseres av enzymet dihydrolipoyldehydrogenase. Denne reaksjonen er en redoksreaksjon mellom lipoat og FAD. Lipoat overfører to hydrogenatomer til FAD, som dermed reduseres til FADH2. Lipoat blir oksidert, og er dermed klar til å binde et nytt acetyl-molekyl, som beskrevet i reaksjon to.
  5. Det femte reaksjonssteget katalyseres også av enzymet dihydrolipoyldehydrogenase. Denne reaksjonen er en redoksreaksjon mellom FADH2 og NAD+. FADH2 oksideres tilbake til FAD, og NAD+ reduseres til NADH, samtidig som et proton (H+) frigjøres. FAD kan nå igjen oksidere lipoat, som beskrevet i reaksjon fire. Reduksjonspotensialet til NADH brukes i elektrontransportkjeden, der energien i overføringen av elektroner brukes til å produsere ATP.

Regulering

Pyruvatdehydrogenase reguleres av to reguleringsenzymer: PDH-kinase og PDH-fosfatase. Disse enzymene regulerer aktiviteten til pyruvatdehydrogenase og sørger for at produksjonen av acetylkoenzym A er tilpasset cellens behov.

Reguleringsenzymene styrer aktiviteten til enzymkomplekset gjennom fosforylering og defosforylering av et reguleringssete på enzymsubenheten pyruvatdehydrogenase. Regulering gjennom fosforylering og defosforylering innebærer at det tilføres eller fjernes en fosfatgruppe fra reguleringssetet. Komplekset hemmes av fosforylering, og aktiveres av defosforylering. Reguleringsenzymene er igjen regulert allosterisk av en rekke stoffskifteprodukter som i dette tilfellet fungerer som signalstoffer som gjenspeiler cellens behov for produksjon av acetylkoenzym A.

PDH-kinase

PDH-kinase er et enzym som fosforylerer og dermed hemmer pyruvatdehydrogenase. PDH-kinase reguleres allosterisk av syv forskjellige reguleringsmolekyler. Disse er acetylkoenzym A, NADH, ATP NAD+, ADP, koenzym A og kalsium.

Acetylkoenzym A, NADH og ATP er molekyler som indikerer energimetning i cellen, og redusert behov for videre produksjon av acetylkoenzym A. Følgelig aktiverer disse PDH-kinase, som i tur deaktiverer pyruvatdehydrogenase.

NAD+, ADP og koenzym A er molekyler som indikerer energimangel i cellen, og kalsium indikerer økt energibruk. Disse molekylene hemmer PDH-kinase, og hindrer dermed reguleringsenzymet i å hemme pyruvatdehydrogenase. Høye konsentrasjoner av disse regulatorene gjør det mulig for PDH-fosfatase å aktivere pyruvatdehydrogenase.

PDH-fosfatase

PDH-fosfatase er et enzym som defosforylerer og aktiverer pyruvatdehydrogenase. PDH-fosfatase reguleres allosterisk av kalsium og kalium, som begge aktiverer reguleringsenzymet, og dermed pyruvatdehydrogenase.

PDH-fosfatase reguleres også av hormonet insulin. Insulin skilles ut i kroppen ved økt blodsukker, og er i denne sammenhengen en indikator på at cellen kommer til å øke produksjonen av pyruvat gjennom glykolysen, som også oppreguleres av insulin. Glykolysen og pyruvatdehydrogenase er satt under en hormonell samregulering, som sørger for at mekanismene jobber sammen når behovet for nedbrytning av glukose øker.

Les mer i Store norske leksikon

Kommentarer

Kommentarer til artikkelen blir synlig for alle. Ikke skriv inn sensitive opplysninger, for eksempel helseopplysninger. Fagansvarlig eller redaktør svarer når de kan. Det kan ta tid før du får svar.

Du må være logget inn for å kommentere.

eller registrer deg

Fagansvarlig for Karbohydratstoffskiftet

Birger Svihus
Professor, NMBU – Norges miljø- og biovitenskapelige universitet