Piruvat dehidrogenase kinase

Piruvat dehidrogenase kinase (juga kinase kompleks dehidrogenase piruvat, kinase PDC atau PDK; ) ialah enzim kinase yang bertindak menyahaktifkan enzim piruvat dehidrogenase dengan memfosforilkannya menggunakan ATP.

Oleh itu, PDK mengambil bahagian dalam pengawalan kompleks piruvat dehidrogenase yang mana piruvat dehidrogenase merupakan komponen pertama. Kedua-dua PDK dan kompleks piruvat dehidrogenase terletak dalam matriks mitokondrion eukariot. Kompleks ini bertindak untuk menukar piruvat (hasil glikolisis dalam sitosol) kepada asetil-koA, yang kemudiannya dioksidakan dalam mitokondria untuk menghasilkan tenaga dalam kitaran asid sitrik. Dengan menurunkan aktiviti kompleks ini, PDK akan mengurangkan pengoksidaan piruvat dalam mitokondria, dan meningkatkan penukaran piruvat kepada laktat dalam sitosol.

Tindakan bertentangan PDK, iaitu nyahfosforilasi dan pengaktifan piruvat dehidrogenase, dimangkinkan oleh fosfatase fosfoprotein yang dipanggil piruvat dehidrogenase fosfatase.

 Tapak pemfosforilan 
PDK boleh memfosforilasi sisa serina di piruvat dehidrogenase di tiga tapak yang mungkin. Beberapa bukti telah menunjukkan bahawa pemfosforilan di tapak 1 akan hampir menyahaktifkan enzim sepenuhnya, manakala pemfosforilan di tapak 2 dan 3 hanya mempunyai sumbangan kecil kepada ketidakaktifan kompleks. Oleh itu, pemfosforilan di tapak 1 menjadi pemfosforilan yang bertanggungjawab dalam penyahaktifan piruvat dehidrogenase.

 Isozim 
Terdapat empat isozim PDK yang diketahui pada manusia:

 PDK1
 PDK2
 PDK3
 PDK4

Penjujukan utama antara empat isozim dipelihara dengan identiti 70%. Perbezaan terbesar berlaku di kawasan berhampiran terminal N.

PDK1 ialah isozim yang terbesar dengan 436 residu, manakala PDK2, PDK3 dan PDK4 masing-masing mempunyai 407, 406, dan 411 sisa. Isozim mempunyai aktiviti dan kadar pemfosforilan yang berbeza di setiap tapak. Di tapak 1, mengikut tertib daripada terpantas kepada paling perlahan, PDK2 > PDK4 ≈ PDK1 > PDK3. Bagi tapak 2, PDK3 > PDK4 > PDK2 > PDK1. Hanya PDK1 boleh memfosforilasi tapak 3. Walau bagaimanapun, ada dapatan bahawa aktiviti ini sensitif kepada sedikit perubahan dalam pH, jadi persekitaran mikro isozim PDK boleh mengubah kadar tindak balas.  

Kelimpahan isozim juga telah ditunjukkan sebagai khusus tisu. PDK1 adalah mencukupi dalam sel jantung. PDK3 paling banyak terdapat dalam testis. PDK2 terdapat dalam kebanyakan tisu, tetapi rendah dalam sel limpa dan paru-paru. PDK4 kebanyakannya ditemui dalam otot rangka dan tisu jantung.

 Mekanisme 
Piruvat dehidrogenase dinyahaktifkan apabila difosforilkan oleh PDK. Biasanya, tapak aktif piruvat dehidrogenase berada dalam konformasi yang stabil dan teratur, disokong oleh rangkaian ikatan hidrogen. Walau bagaimanapun, pemfosforilan oleh PDK di tapak 1 menyebabkan pertembungan sterik dengan satu lagi sisa serina berdekatan disebabkan oleh peningkatan saiz dan caj negatif yang dikaitkan dengan sisa terfosforilasi. Ini mengganggu rangkaian ikatan hidrogen dan mengganggu konformasi dua gelung fosforilasi. Gelung ini menghalang langkah pengasetilan berpenurunan, dengan itu menghentikan aktiviti keseluruhan enzim.  Perubahan konformasi dan mekanisme penyahaktifan untuk fosforilasi di tapak 2 dan 3 tidak diketahui pada masa ini.

 Kawal atur 
Piruvat dehidrogenase kinase diaktifkan oleh ATP, NADH dan asetil-KoA. Ia dihalang oleh ADP, NAD+, KoA-SH dan piruvat.

Setiap isozim bertindak balas terhadap setiap faktor ini dengan gaya yang sedikit berbeza. NADH merangsang aktiviti PDK1 sebanyak 20% dan aktiviti PDK2 sebanyak 30%. NADH dengan asetil-KoA meningkatkan aktiviti dalam enzim ini masing-masing sebanyak 200% dan 300%. Dalam keadaan yang sama, PDK3 tidak bertindak balas terhadap NADH, dan dihalang oleh NADH dengan asetil-CoA. PDK4 mempunyai peningkatan aktiviti 200% dengan NADH, tetapi penambahan asetil-KoA tidak meningkatkan lagi aktiviti. Bowker-Kinley MM, Davis WI, Wu P, Harris RA, Popov KM (January 1998). "Evidence for existence of tissue-specific regulation of the mammalian pyruvate dehydrogenase complex". The Biochemical Journal. 329 (1): 191–6. doi:10.1042/bj3290191. PMC 1219031. PMID 9405293.

 Kepentingan klinikal 
Isojenis PDK meningkat dalam obesiti, diabetes, kegagalan jantung dan kanser. Sesetengah kajian telah menunjukkan bahawa sel yang kekurangan insulin (atau tidak sensitif kepada insulin) mengekspresikan PDK4 secara berlebihan. Akibatnya, piruvat yang terbentuk daripada glikolisis tidak boleh dioksidakan, membawa kepada hiperglisemia kerana glukosa dalam darah tidak dapat digunakan dengan cekap. Oleh itu, beberapa ubat menyasarkan PDK4 dengan harapan dapat merawat diabetes jenis II.

PDK1 telah menunjukkan peningkatan aktiviti dalam sel kanser hipoksia oleh kerana kehadiran HIF-1. PDK1 menjauhkan piruvat daripada kitaran asid sitrik, dan memastikan sel hipoksia hidup. Oleh itu, perencatan PDK1 telah dicadangkan sebagai terapi antitumor kerana PDK1 menghalang apoptosis dalam sel-sel kanser ini.  Begitu juga, PDK3 telah terbukti terlalu tertekan dalam garisan sel kanser kolon. Tiga perencat yang dicadangkan ialah AZD7545 dan dikloroasetat yang kedua-duanya mengikat PDK1, dan radisikol yang mengikat PDK3. 

Mutasi dalam gen PDK3 adalah penyebab penyakit Charcot-Marie-Tooth (CMTX6) jarang jumpa berkaitan X.

Pada anjing, khususnya anjing Doberman, mutasi dalam gen PDK4 dikaitkan dengan kardiomiopati dilasi (DCM).   

 Rujukan 

 Pautan luar 




Kategori:Glikolisis
Kategori:Kitaran Krebs
Kategori:EC 2.7.11