Piruvāta dehidrogenāzes komplekss – vielmaiņas zvērs
Šeit viss kļūst sarežģītāk un interesantāk — PDC (Pyruvate Dehydrogenase Complex) ir milzīgs multi-enzīmu komplekss, kas pārveido glikolīzes gala produktu piruvātu par acetil-CoA, kas tālāk tiek iebarots Kreba ciklā turpinot enerģijas ražošanas procesu. PDC ir kā tilts starp glikolīzi un mitohondriālo ATP ražošanu. Bez tā — nekā! Apskatīsim, kāpēc tas ir tik īpašs.
Saīsinājumi:
- PDC: Pyruvate Dehydrogenase Complex — Piruvāta Dehidrogenāzes Komplekss
- UB: Uztura bagātinātāji
- GLUT: Glucose Transporters — Glikozes Transportētāji
- MPC: Mitochondrial Pyruvate Carrier — Mitohondriju Piruvāta Transportētājs
- Acetyl-CoA: Acetyl Coenzyme A — Acetilkoenzīms A
- Krebs Cycle: Krebs Cycle — Krebsa Cikls
- NADH: Nicotinamide Adenine Dinucleotide (reduced) — Nikotīnamīda Adenīna Dinukleotīds (reducēts)
- FADH₂: Flavin Adenine Dinucleotide (reduced) — Flavīna Adenīna Dinukleotīds (reducēts)
- ETC: Electron Transport Chain — Elektronu Transporta Ķēde
- ATP: Adenosine Triphosphate — Adenozīna Trifosfāts
- PDK: Pyruvate Dehydrogenase Kinase — Piruvāta Dehidrogenāzes Kināze
- PDP: Pyruvate Dehydrogenase Phosphatase — Piruvāta Dehidrogenāzes Fosfatāze
- TPP: Thiamine Pyrophosphate — Tiamīna Pirofosfāts
- ALA: Alpha-Lipoic Acid — Alfa-Lipoiskābe
- CoA: Coenzyme A — Koenzīms A
- FAD: Flavin Adenine Dinucleotide — Flavīna Adenīna Dinukleotīds
- NAD+: Nicotinamide Adenine Dinucleotide — Nikotīnamīda Adenīna Dinukleotīds
- NR: Nicotinamide Riboside — Nikotinamīda Ribozīds
- NMN: Nicotinamide Mononucleotide — Nikotinamīda Mononukleotīds
1. Kur tas atrodas vielmaiņā
PDC (skat. diagramā PDC) ir centrālais posms šūnu metabolismā, savienojot virkni bioķīmisko procesu. Lūk, tā ceļš:
- Insulīna receptori (uz šūnas membrānas) — signalizē glikozes uzņemšanu ar GLUT transportu.
- Glycolysis (citoplazmā) — cukuru sadala līdz piruvātam.
- MPC (Mitochondrial Pyruvate Carrier) — transportē piruvātu uz mitohondriju.
- PDC (mitohondrijā) — pārveido piruvātu par Acetyl-CoA (par to šis raksts!).
- Krebs Cycle — ražo NADH un FADH₂.
- ETC (Electron Transport Chain) — pārvērš NADH un FADH₂ enerģiju.
- Oxidative Phosphorylation — ģenerē ATP, šūnu degvielu.
PDC ir kā vārtsargs: ja tas nestrādā, glikolīze apstājas pie piruvāta, un enerģijas ražošana sabrūk. PDC ir ļoti stipri iesaistīts ļoti daudz dažādos procesos, un tā disfunkcija izraisa virkni smagu veselības problēmu, bet šajā rakstā koncentrēšos tikai uz tā lomu glikozes vielmaiņā.
2. Kāpēc zvērs – ar ko tas ir īpašs un kāpēc tik svarīgs
PDC nav parasts enzīms — tas ir vielmaiņā īsts titāns. Kas to padara par “zvēru”?
- Kompleksā struktūra: Sastāv no trim galvenajām vienībām:
- E1 (piruvāta dehidrogenāze),
- E2 (dihidrolipoiltransacetilāze),
- E3 (dihidrolipoildehidrogenāze)
- Milzīgs — 9-10 miljoni daltonu! Salīdzini ar amilāzi (~50k Da) — bērnu rotaļlieta.
- Daudzie kofaktori: Nepieciešami pieci — TPP, Lipoic Acid, CoA, FAD, NAD+. Rets komplekts! Visi ietekmējami ar uzturu un UB. Jebkurš viens deficīts izraisa visa kompleksa bremzēšanos.
- Galvenais savienotājs: Kontrolē cukura plūsmu no glikolīzes uz Krebsa ciklu. Bez tā piruvāts uzkrājas, šūna “nobremzē”, un laktāts pārņem vadību.
Ar ko PDC ir vēl saistīts?
- Elektronu transporta ķēde un oksidatīvā fosforilēšana: NADH no PDC (un vēl vairāk no Krebsa cikla) ir galvenā barība — bez tā nav ATP.
- Taukskābju sintēze: Acetyl-CoA ir izejmateriāls taukskābēm — šūnu membrānām un krājumiem.
- Ketozes ietekme: Ketozē PDC aktivitāte krietni samazinās — Acetyl-CoA nāk no taukskābēm caur beta-oksidāciju, galveno tauku dedzināšanas procesu. B1 (tiamīns), cukura vielmaiņas zvaigzne, joprojām vajadzīgs tauku metabolismam, bet tā patēriņš krīt teju uz pusi.
- Radinieks Krebsa ciklā: PDC ir gandrīz kā dvīņubrālis alfa-ketoglutarāta dehidrogenāzei no Krebsa cikla — līdzīga struktūra, tie paši kofaktori (TPP, Lipoic Acid, CoA, FAD, NAD+).
Kas aiziet pa pieskari, ja PDC disfunkcionē?
- Laktāta uzkrāšanās: Piruvāts pārvēršas par laktātu — šūna “skābst”, enerģija krīt.
- Enerģijas bads: Bez NADH un Acetyl-CoA — Krebsa cikls un elektronu transporta ķēde izsalkuši, ATP ražošana bremžejas.
- Taukskābju ražošanas apstāšanās: Nav Acetyl-CoA — šūnai trūkst būvmateriālu membrānām un enerģijas krājumiem (riepai uz vēdera).
Bez PDC glikozes enerģija iet zudumā, un šūna pārvēršas par laktāta purvu. Vielmaiņas karalis? Bez šaubām!
3. Citi PDC regulatori – tā kināze un fosfatāze
PDC darbību bez kofaktoriem ietekmē vēl citi regulētāji (TBA):
- PDK (Pyruvate Dehydrogenase Kinase): Fosforilē E1, izslēdzot PDC, kad enerģijas ir pārpārēm (NADH, Acetyl-CoA daudz).
- PDP (Pyruvate Dehydrogenase Phosphatase): Defosforilē E1, aktivizējot, kad enerģija vajadzīga (ADP, kalcijs).
- Regulējošie faktori:
- NADH un Acetyl-CoA — inhibē,
- ADP un kalcijs — stimulē,
- Insulīns — netieši aktivizē caur PDP.
4. PDC kofaktori un to funkcijas
PDC katrs kofaktors veic specifisku funkciju, katrs iztrūkstošs kofaktors aptur reakciju pilnībā.
- TPP + Mg (Thiamine Pyrophosphate + Magnesium): Dekarboksilē piruvātu, sākot visu procesu.
- Lipoic Acid (ALA): Pārvieto acetilgrupas un aizsargā pret oksidatīvo stresu.
- CoA (Coenzyme A): Saista acetilgrupu, veidojot Acetyl-CoA.
- FAD (Flavin Adenine Dinucleotide): Atjauno Lipoic Acid E3 vienībā.
- NAD+ (Nicotinamide Adenine Dinucleotide): Oksidē starpproduktus, ražojot NADH.
- Magnijs: Stabilizē ATP un enzīmu aktivitāti.
5. Kofaktoru avoti un uztura bagātinātāji
No kurienes nāk šie kofaktori? Uzturs un UB ir atslēga. Šeit detalizēti:
- TPP:
- No B1 (tiamīna) — raugs, pilngraudi, gaļa.
- UB: 50-100 mg/dienā (Thiamine HCl) vai 50-150 mg/dienā (Benfotiamine).
- Tiamīna problēma ir ne tik daudz, ka tā būtu par maz uzturā vai vitamīnos, bet vairāk salauztas tiamīna vielmaiņas dēļ – tavs organisms, iespējams, to nevar nogādāt to tur, kur to vajag – mitohondrijā. Šo problēmu esmu aprakstījis savā rakstā par B1 https://deffo.pro/specifisks-b1-vitamins-loti-izplatitai-problemai/
- Šai procesā piedalās arī magnijs
- Lipoic Acid (ALA):
- Sintetizējas organismā; uzturā — spināti, brokoļi, gaļa.
- UB: tikai R-alfaliposkābe 100-200mg/dienā
- Tā deficīts, iespējams nav tik bieži, tomēr R-ALA ir lielisks antioksidants kas neitralizē kā taukos šķīstošus tā ūdenī šķīstošus brīvos radikāļus.
- CoA:
- No B5 (pantotēnskābes) — gaļa, olas, avokado.
- UB: 10-100 mg/dienā (Calcium Pantothenate).
- Deficīts ir reti
- FAD:
- No B2 (riboflavīna) — piens, olas, zaļumi.
- UB: 25-50 mg/dienā (Riboflavin).
- Parasti pietiek ar B2 kas ir multivitamīnos
- Tā deficīts varētu būt vairāk saistīts ar joda vai selēna trūkumu
- NAD+:
- No B3 (niacīna) — gaļa, zivis; sintēzējas no triptofāna.
- UB: NAD atjaunošana ir ļoti plaša tēma, ko es apskatīšu drīzumā detalizēti
- Tā deficīts varētu justies kā pastiprināts “piesnkābes” efekts muskuļos pie augstas slodzes treniņos
- NAD patēriņš pie hroniskiem iekaisumiem un slimošanas ir ļoti augsts, tāpēc tā deficīts ir ļoti izplatīts. Parastais Niacīns un niacinamīds bieži nenostrādā.
- Magnijs:
- Rieksti, sēklas, zaļumi.
- UB: 300-400 mg/dienā (Glycinate, Taurate utt.).
No savas pieredzes teiktu, ka ļoti iespējams tieši ar kofaktoriem TPP (B1) un NAD (B3) un magniju problēmas ir visbiežāk, ar liposkābi un FAD (B2) ir iespējams, bet šīs es izskatītu kā sekundāros potenciālos vielmaiņas “korķus”. Bet kā rakstā par B1 minēju, tas nav vienkārši “vitamīna par maz” un šo problēmu dažreiz var atrisināt padzerot kaut kādus parasto vitamīnus, bet bieži vien problēma ir specifiska un prasa specifiskus produktus, kurus es drīz arī apskatīšu.
6. Nobeigums – PDC episks, rijīgs un cipmperlīgs zvērs
Šis enzīms ir izcils piemērs tam cik ļoti daudzos veidos cukura vielmaiņa var aiziet pa pieskari – kāds no vitamīniem deficītā – nestrādās. To regulē dažādi faktori, tam vajag ļoti daudz kofaktoru. Cilvēka organismā ir maz šādu enzīmu, kas ir atkarīgi no tik daudziem kofaktoriem. Šis ir arī labs piemērs tam, ka cukura vielmaiņa ir daudz prasīgāka uz sīkām niansēm – vēlāk aplūkojot tauku vielmaiņu redzēsiet – tās enzīmi ir daudz vienkāršāki, un faktori kas to ietekmē ir daudz mazāk atkarīgi no vitamīniem un citiem kofaktoriem.