chuyển hóa sinh học và các sản phẩm trao đổi chất acid lipoic

LipB chuy n nhóm octanoyl t protein mang octanoyl acyl octanoyl-ể ừACP sang apoprotein... tocopherol và ch t ch ng oxi hóa-t bào ch t nh glutathione... meningitidis có domain được lipoyl

TR ƯỜ NG Đ I H C KHOA H C T NHIÊN Ạ Ọ Ọ Ự

Môn: CHUY N HÓA SINH H C VÀ CÁC S N PH M TRAO Đ I Ể Ọ Ả Ẩ Ổ CHÁT

M C L C Ụ Ụ

I GI I THI U Ớ Ệ

Lipoate (Hình 18A) là m t cofactor organosulfur (h p ch t h u c có ch aộ ợ ấ ữ ơ ứ

l u huỳnh) b o t n cao c n thi t cho các ch c năng c a nhi u ph c h p enzymeư ả ồ ầ ế ứ ủ ề ứ ợquan tr ng trong quá trình oxy hóa và chuy n hóa carbon Ban đ u, lipoate đọ ể ầ ược

bi t nh là m t nhân t l có ngu n g c t d ch chi t sinh h , kích thích s tăngế ư ộ ố ạ ồ ố ừ ị ế ọ ự

trưởng c a vi khu n trong s hi n di n c a ngu n carbon nh t đ nh Nh ng hi nủ ẩ ự ệ ệ ủ ồ ấ ị ữ ệ

tượng này cu i cùng đã đố ược gi i thích b i vi c s d ng các lipoate nh m tả ở ệ ử ụ ư ộcofactor trong các ph c h p đa enzyme (multienzyme complexes) tham gia vào quáứ ợtrình chuy n hóa trung gian Ngoài vai trò xúc tác, các ho t đ ng oxi hóa kh c aể ạ ộ ử ủlipoate cũng cho phép nó có ch c năng nh m t ch t ch ng oxy hóa và lo i b cácứ ư ộ ấ ố ạ ỏ

g c t do Vi c thu nh n và s d ng lipoate nhi u m c đ gi a các vi sinh v t gâyố ự ệ ậ ử ụ ở ề ứ ộ ữ ậ

b nh và nh hệ ả ưởng đ n tính đ c h i c a các vi sinh v t cũng nh b nh mà chúngế ộ ạ ủ ậ ư ệgây ra Bài này nghiên c u s chuy n hóa lipoate trong vi khu n, n m, đ ng v tứ ự ể ẩ ấ ộ ậnguyên sinh và tìm hi u làm th nào nó có ch c năng trong s chuy n hóa c a viể ế ứ ự ể ủsinh v t cũng nh trong các quá trình không ph i chuy n hóa sinh h c.ậ ư ả ể ọ

Hình 1: Các g c Lipoyl.ố (A) Ho tạtính sinh h cọ c a đ ng phân l p th ủ ồ ậ ể R c a lipoate (B) S oxy hóa cofactor lipoyl,ủ ựlipoamide, liên k t v i m t lế ớ ộ ượng lysine được b o t n c a ti u đ n v E2 c a cácả ồ ủ ể ơ ị ủ

ph c h p lipoylated Lipoamide và dihydrolipoamide cũng đứ ợ ược g n v i protein Hắ ớ

c a ph c h p glycine phân bào (C) Các d ng kh c a cofactor lipoyl,ủ ứ ợ ạ ử ủ

1

dihydrolipoamide, th hi n s liên k t v i m t lể ệ ự ế ớ ộ ượng lysine được b o t n c a cácả ồ ủ

ti u đ n v E2 c a các ph c h p lipoylated.ể ơ ị ủ ứ ợ

1 T ng quan v l ch s khám phá acid lipoic ổ ề ị ử

Trong nh ng năm 1930, Esmond Snell và các c ng s quan sát th y r ng vi cữ ộ ự ấ ằ ệ

b sung acetate t môi trổ ừ ường t ng h p đã kích thích s tăng trổ ợ ự ưởng c a vi khu nủ ẩaxit lactic (212) G n m t th p k sau đó, Guirard và các c ng s quan sát th yầ ộ ậ ỷ ộ ự ấ

r ng m t s ch ph m sinh h c đã có th thay th acetate nh m t y u t tăngằ ộ ố ế ẩ ọ ể ế ư ộ ế ố

trưởng cho các vi khu n axit lactic (70), các ch t này đẩ ấ ược g i là y u t thay thọ ế ố ếacetate (ARF) Tương t , O'Kane và Gunsalus đã ch ra r ng ự ỉ ằ Streptococcus faecalis

(ngày nay g i là ọ Enterococcus faecalis) phát tri n trong môi trể ường có c tryptoneả

và cao n m men cũng nh trong môi trấ ư ường t ng h p; tuy nhiên, ch có các t bàoổ ợ ỉ ếtăng trưởng trong cao n m men m i có th oxy hóa pyruvate (160) Các ch t trongấ ớ ể ấmôi trường cao n m men giúp cho ấ S faecalis có th oxy hóa pyruvate, các ch t nàyể ấkhông th để ược thay th b ng b t kỳ lo i vitamin ho c cofactor nào và đế ằ ấ ạ ặ ược g i làọnhân t oxy hóa pyruvate (POF) (160) V sau, POF cho th y có ho t tính ARF, nhố ề ấ ạ ư

là m t nhân t tăng trộ ố ưởng (221) được phát hi n ệ ở Tetrahymena gelii (211) V tậ

li u k t tinh ch a c đ c tính c a POF và ARF đệ ế ứ ả ặ ủ ượ ạc t o ra t vi c th y phân d chừ ệ ủ ịchi t t gan và đế ừ ược xác đ nh là axit ị (R)-5-(1, 2-dithiolan-3-yl) pentanoic (184).

H p ch t này đợ ấ ược đ t tên là "acid lipoic" vì nó tan trong d u, có tính axit, và thamặ ầgia vào quá trình đ ng hóa c a các axit béo Ngoài có ho t đ ng c a ARF và POF,ồ ủ ạ ộ ủlipoic acid tinh khi t đã s m đế ớ ược phát hi n đ thay th m t ch t khác, đệ ể ế ộ ấ ượ ọc g i là

"nhân t BR" (110), giúp cho ố Butyribacterium rettgeri có th s d ng lactate làm cể ử ụ ơ

ch t (111) Vào th i đi m đó, lipoate (dấ ờ ể ướ ại d ng lipoic acid chi m u th t i cácế ư ế ạ

đi u ki n pH trên 4.7) đề ệ ược cho là m t lo i vitamin B m i (184); tuy nhiên, m tộ ạ ớ ộcăn b nh liên quan đ n thi u h t lipoate ngệ ế ế ụ ở ười ch a đư ược theo dõi Bên c nh đó,ạngày càng có nhi u b ng ch ng cho th y đ ng v t có vú có th t ng h p lipoateề ằ ứ ấ ộ ậ ể ổ ợ(258) Các sinh v t có th t t ng h p lipoate, cofactor này đậ ể ự ổ ợ ượ ổc t ng h p t m tợ ừ ộ

ti n thân là axit octanoic (168), v i vi c chèn đ ng phân l p th c a nguyên t l uề ớ ệ ồ ậ ể ủ ử ưhuỳnh vào carbon s sáu đ t o đ ng phân đ i hình R, đây là d ng có ho t tính sinhố ể ạ ồ ố ạ ạ

h c (169).ọ

Cho đ n nay, năm ph c h p đa enzyme ph thu c vào lipoate đã đế ứ ợ ụ ộ ược mô t ả

Ba ph c h p -ketoacid dehydrogenases: pyruvate dehydrogenase (PDH), -ứ ợ α αketoglutarate dehydrogenase (KDH), và -ketoacid dehydrogenase phân nhánhα(BCDH) Nh ng ph c h p này đữ ứ ợ ượ ạc t o thành t nhi u b n sao c a m i ba ti uừ ề ả ủ ỗ ể

đ n v enzyme là E1 (thơ ị ường đượ ạc t o thành nh hai protein), E2, và E3 (171) M tư ộ

ph c h p th t , acetoin dehydrogenase (AoDH), tứ ợ ứ ư ương đ ng cao v i PDH và có c uồ ớ ấ

t o t các ti u đ n v protein tạ ừ ể ơ ị ương t ba ph c –ketoacid dehydrogenases trênự ứ α(256) Ph c h p th năm, ph c h p glycine phân bào (GCV), có c u ứ ợ ứ ứ ợ ấ trúc khác và bao

g m b n lo i protein liên k t l ng l o là protein P, H, T và L (39) Cofactor lipoateồ ố ạ ế ỏ ẻ

được g n thông qua m t liên k t amide v i m t lắ ộ ế ớ ộ ượng lysine được b o t n trênả ồ

ti u đ n v protein H c a GCV và lể ơ ị ủ ượng lysine tương t trên các ti u đ n v E2 c aự ể ơ ị ủcác ph c khác Trong quá trình xúc tác, các c u n i disulfide n i phân t c a lipoateứ ầ ố ộ ử ủchuy n hóa gi a quá trình oxy hóa lipoamide (Hình 1B) và quá trình khể ữ ửdihydrolipoamide (Hình 1C) (171)

có m t v trí liên k t v i lipoate Lõi E2 độ ị ế ớ ược s p x p sao cho các vùng lipoyl hóaắ ế

đượ ộc l ra m t ngoài c a ph c h p, n i mà chúng tặ ủ ứ ợ ơ ương tác v i các ti u đ n vớ ể ơ ịngo i vi E1 và E3 Các ti u đ n v E2 c a KDH và BCDH ch a m t vùng lipoyl duyạ ể ơ ị ủ ứ ộ

nh t (12, 170, 187), trong khi ti u đ n v E2 c a AoDH có th ch a m t vùng thấ ể ơ ị ủ ể ứ ộ ứhai (256) và ti u đ n v E2 c a PDH có th ch a lên t i ba vùng lipoyl (171) Cácể ơ ị ủ ể ứ ớ

ti u đ n v E1 c a PDHs h u h t các vi khu n Gram âm và t t c KDHs làể ơ ị ủ ở ầ ế ẩ ấ ảhomodimeric (α2) Ngượ ạc l i, ti u đ n v E1 c a PDHs c a vi khu n Gram dể ơ ị ủ ủ ẩ ương và

t t c BCDHS và AoDHs đấ ả ượ ấ ạ ừc c u t o t 2 protein, E1 và E1 , đα β ượ ắc s p x p nhế ưheterotetramers ( 2 2) Trong c hai trα β ả ường h p, các multimer (ch a 2 ho cợ ứ ặ

nhi u monomer) E1 ch a hai cofactor thiamine pyrophosphate (TPP) đề ứ ược cho là

đ tể ương tác thông qua m t "dây proton" và ho t đ ng m t cách thu n ngh chộ ạ ộ ộ ậ ịtrong xúc tác (51) Ti u đ n v dimeric E1 (ho c heterotetrameric 2 2 E1) vàể ơ ị ặ α βdimeric E3 được s p x p xung quanh các lõi E2 c a ph c h p -ketoacidắ ế ủ ứ ợ αdehydrogenase; m c dù các ti u đ n v ngo i vi g n v i nhi u ặ ể ơ ị ạ ắ ớ ề stoichiometries,

thường E1s nhi u h n E3s (171).ề ơ

C u trúc c a các ph c h p -ketoacid dehydrogenase và các ti u đ n v c aấ ủ ứ ợ α ể ơ ị ủ

nó đã được nghiên c u b ng m t s kỹ thu t Tinh th h c tia X đã đứ ằ ộ ố ậ ể ọ ượ ử ục s d ng

đ xác đ nh c u trúc c a các dimer PDH E1 t ể ị ấ ủ ừ Escherichia coli (9) cũng nh dimerưE3 t nhi u ngu n, bao g m c c u trúc đ u tiên đừ ề ồ ồ ả ấ ầ ược xác đ nh c a E3 tị ủ ừ

Azotobacter vinelandii (201) C u trúc tinh th c a ti u đ n v E2 ch a đấ ể ủ ể ơ ị ư ược xác

đ nh, có th là do tính linh đ ng v n có c a các protein này Đ u N c a vùng lipoylị ể ộ ố ủ ầ ủ

được n i v i 40-amino-acid c a vùng bám c a ti u đ n v ngo i vi (PSBD) và vùngố ớ ủ ủ ể ơ ị ạxúc tác có đ u C b ng các c u n i linh ho t Thí nghi m c ng hầ ằ ầ ố ạ ệ ộ ưởng t h t nhânừ ạ

đ u tiên đã xác đ nh c u trúc c a các vùng lipoyl riêng bi t (36) và PSBDs t ti uầ ị ấ ủ ệ ừ ể

nh ng ph c h p tái t o cũng nh nh ng ph c h p g c đã đữ ứ ợ ạ ư ữ ứ ợ ố ược mô t b ng kínhả ằ

hi n vi đi n t Nh ng c u trúc này cho th y v c a ti u đ n v E1 và E3 để ệ ử ữ ấ ấ ỏ ủ ể ơ ị ược tách

bi t v i lõi E2 b i m t kho ng cách hình khuyên t 30-50 Aệ ớ ở ộ ả ừ 0 trong ph c h p hìnhứ ợ

kh i 8 m t (239) và t 75-90 Aố ặ ừ 0 trong ph c h p hình kh i 20 m t (136, 137) Tínhứ ợ ố ặlinh đ ng c a chu i bên lipoamide và s linh đ ng c a các vùng kh p n i sộ ủ ỗ ự ộ ủ ớ ố ở ườnbên c a các vùng lipoyl trong ti u đ n v E2 đủ ể ơ ị ược cho là đ thu n ti n cho sể ậ ệ ự

tương tác v i các ti u đ n v E1 và E3 qua kho ng cách này M t lo t các chuy nớ ể ơ ị ả ộ ạ ể

đ ng là do các vùng lipoyl cho phép chuy n nhóm acyl (và các ph n ng oxi hóaộ ể ả ứ

kh ) gi a các nhóm lipoyl trên các protein E2 khác nhau trên kh p lõi E2 (170,ử ữ ắ187).

Ngoài ti u đ n v lõi E1, E2 và E3 là đ c tr ng c a các ph c h p chuy n hóaể ơ ị ặ ư ủ ứ ợ ểlipoylated trên đ n v phân lo i, trong m t s loài còn có thêm các protein có ch cơ ị ạ ộ ố ứnăng trong ph c h p l p ráp ho c s a sai trong các ph c h p lipoylated Nh mô tứ ợ ắ ặ ử ứ ợ ư ảchi ti t dế ưới đây, các thành ph n này bao g m ki m soát kinase và phosphatase.ầ ồ ểNgoài ra, h u h t sinh v t nhân th c ph c h p PDH còn ch a m t ti u đ n vở ầ ế ậ ự ứ ợ ứ ộ ể ơ ị

đượ ọc g i là protein n i E3 (E3BP), c n thi t cho vi c tuy n ch n ti u đ n v E3 choố ầ ế ệ ể ọ ể ơ ịcác ph c h p Ví d , PDH tim bò là m t ph c h p 9.5- tri u dalton g m 30 b n saoứ ợ ụ ộ ứ ợ ệ ồ ả

c a heterotetrameric E1, 12 b n sao c a homodimeric E3, và 12 b n sao c aủ ả ủ ả ủmonomeric protein n i E3 s p x p xung quanh m t lõi hình kh i 20 m t c a 60ố ắ ế ộ ố ặ ủ

ti u đ n v E2 (186) Ngể ơ ị ượ ạc l i, các ti u đ n v protein c a GCV không hình thànhể ơ ị ủ

m t ph c h p n đ nh mà thay vào đó l i ho t đ ng nh nh ng protein đ c l pộ ứ ợ ổ ị ạ ạ ộ ư ữ ộ ậ(39, 156)

1. C ch c a xúc tác ơ ế ủ

Trong năm ph c h p enzyme lipoylated, lipoate v a ho t đ ng nh là m tứ ợ ừ ạ ộ ư ộ

ch t có ái l c đi n t g n v i trung tâm ph n ng (thông qua m t c u n i thioesterấ ự ệ ử ắ ớ ả ứ ộ ầ ố

ho c thioether) và nh là m t nhánh linh đ ng là các rãnh gi i h n c ch t gi a cácặ ư ộ ộ ớ ạ ơ ấ ữ

v trí ho t đ ng c a các ti u đ n v khác (xem trong tài li u tham kh o 171, 185, vàị ạ ộ ủ ể ơ ị ệ ả187)

a. Các ph c h p ứ ợ α-Ketoacid dehydrogenase

C ba ph c h p -ketoacid dehydrogenase xúc tác cho ph n ng kh carboxylả ứ ợ α ả ứ ử

c a -ketoacids đ t o acyl coenzyme A (acyl CoA), NADH và COủ α ể ạ 2 b ng các c chằ ơ ế

ph n ng tả ứ ương t nhau (Hình 2A) Ph n ng b t đ u v i thiamine pyrophosphateự ả ứ ắ ầ ớ(TPP) ph thu c vào s kh carbon c a c ch t đụ ộ ự ử ủ ơ ấ ược xúc tác b i các ti u đ n v E1.ở ể ơ ịCarbon có tính axit c a vòng thiazole c a TPP tác đ ng vào carbon cacbonyl c a củ ủ ộ ủ ơ

ch t (carbon 2), hình thành m t k t c ng hóa tr trung gian S bi n đ i này gi iấ ộ ế ộ ị ự ế ổ ảphóng m t lộ ượng CO2 trung gian, còn l i m t g c ho t đ ng Carbanion liên k t v iạ ộ ố ạ ộ ế ớTPP D ng acylates này là m t d ng c a các nguyên t l u huỳnh trong lipoamide,ạ ộ ạ ủ ử ư

còn các nguyên t l u huỳnh th hai b kh m t thiol Các v trí ho t đ ng E2 sau đóử ư ứ ị ử ộ ị ạ ộxúc tác chuy n phân n a acyl t dihydrolipoamide đ n coenzyme A Đ tái t o cácể ử ừ ế ể ạ

c u trúc lipoamide có ái l c đi n t c a cofactor, ti u đ n v E3, đấ ự ệ ử ủ ể ơ ị ược g i làọdehydrogenase dihydrolipoyl, oxy hóa dihydrolipoamide t lipoamide trong m từ ộ

ph n ng ph thu c vào NAD (170) Khác v i các ti u đ n v E1 và E2, đ c tr ngả ứ ụ ộ ớ ể ơ ị ặ ưcho m i ph c h p –ketoacid dehydrogenase, ti u đ n v E3 thỗ ứ ợ α ể ơ ị ường được chia sẻ

gi a các ph c h p Ví d , trong ữ ứ ợ ụ E coli ti u đ n v E3 duy nh t để ơ ị ấ ược mã hóa trongcác operon PDH nh ng cũng có th đư ể ược th hi n t m t b n sao đ c l p, cungể ệ ừ ộ ả ộ ậ

c p các ti u đ n v E3 cho ph c h p KDH (216) Trong th c v t (24 R39) và các kýấ ể ơ ị ứ ợ ự ậsinh trùng apicomplexan (35), protein bi t hóa E3 ho t đ ng trong ty th và l pệ ạ ộ ể ạ

th ể

b. Ph c h p AoDH ứ ợ

Các acetoin dehydrogenase (AoDH) tương đ ng r t cao v i PDH và có t t cồ ấ ớ ấ ảcác đ c đi m đặ ể ược mô t trên cho các -ketoacid dehydrogenase (250), nh ng nóả ở α ưkhông có c ch t –ketoacid (Hình 2B) TPP liên k t v i ti u đ n v E1 tác đ ng vàoơ ấ α ế ớ ể ơ ị ộcacbon cacbonyl c a acetoin (3-hydroxy-2-butanone) d n đ n hình thành m t liênủ ẫ ế ộ

k t c ng hóa tr gi a TPP và 2, 3-butanediol Khi c u n i trung gian này b phá h yế ộ ị ữ ầ ố ị ủ

sẽ gi i phóng acetaldehyde và TPP còn l i m t nhóm hydroxyetyl ho t đ ng, đả ạ ộ ạ ộ ược

gi cân b ng b i acylate c a cofactor lipoamide c a ti u đ n v E2 Ngoài vi c gi iữ ằ ở ủ ủ ể ơ ị ệ ảphóng c a acetaldehyde (không ph i COủ ả 2), nh ng ph n ng đữ ả ứ ược xúc tác b i AoDHở

gi ng v i nh ng ph n ng đố ớ ữ ả ứ ược xúc tác b i PDH và d n đ n s hình thành c aở ẫ ế ự ủacetyl-CoA

Trong khi các ph c h p lipoylated ứ ợ không th thay đ i để ổ ượ s kh carbon c ac ự ử ủcác α-ketoacid đ hình ể thành các g c ố acyl-CoA, ph c h p ứ ợ glycine phân bào (GCV)xúc tác các ph n ng ngh ch c a s kh carboxylả ứ ị ủ ự ử c a glycine ủ t o ạ CO2, NADH,amoniac và nhóm methylene liên k t v i tetrahydrofolate (THF) đ t o thànhế ớ ể ạ m tộcarbon cho 5,10-CH2-THF (Hình 2C) Nh v y, m c dùư ậ ặ các chu i ph n ng c a GCVỗ ả ứ ủ

tương t v iự ớ c a các ph c h p -ketoacid dehydrogenase, c chủ ứ ợ α ơ ế khác so v iớ

nh ng ph c h p lipoylated khác theo nh ng cách tinh t nh ng l i là nh ng conữ ứ ợ ữ ế ư ạ ữ

đường quan tr ng.ọ

Các ti u đ n v c a GCV để ơ ị ủ ược bi t nh là protein P (protein ch aế ư ứpyridoxal phosphat), protein H (protein v n chuy n hydrogen), protein T (proteinậ ể

ch a tetrahydrofolate), và protein L (lipoamide dehydrogenase), v i lipoateứ ớ đ ngồhóa tr liên k t v i protein H (Hình 2C) (39) Protein P tị ế ớ ương t v i ti u đ n v E1ự ớ ể ơ ị

c a -ketoacid dehydrogenases và xúc tác ph n ng kh carboxyl c a glycine; tuyủ α ả ứ ử ủnhiên, nó ph thu c vào m t cofactor pyridoxal phosphate thay vì TPP.ụ ộ ộ Sau khi các

ph n ng oxy hóa kh carboxyl c a glycine nh protein P,ả ứ ử ủ ờ methyleneamine được

g n đ ng hóa tr v i dihydrolipoamide trênắ ồ ị ớ protein H Khác v i ti u đ n v E2,ớ ể ơ ịprotein H không có ho t tính xúc tác nh ng thay vào đó nó ho t đ ng nh m t giáạ ư ạ ộ ư ộ

đ đ b o vỡ ể ả ệ các ch t trung gian không n đ nh trong quá trình chuy n đ nấ ổ ị ể ếprotein T (69) Protein T xúc tác s gi i phóng amoniac t methyleneamineự ả ừ và sựchuy n đ i c a nhóm methylene t THF,ể ổ ủ ừ t o thành 5,10-CH2-THF Protein L là m tạ ộdihydrolipoamide dehydrogenase tương t v i ti u đ n v E3 c a ph c h p –ự ớ ể ơ ị ủ ứ ợ αketoacid dehydrogenase, và xúc tác quá trình oxy hóa hai electron c aủdihydrolipoamide đ t o lipoamide và chuy n đ i NADể ạ ể ổ + thành NADH H u h t cácầ ếsinh v t s d ng các s n ph m c a cùng m t genậ ử ụ ả ẩ ủ ộ cho các ti u đ n v E3 và proteinể ơ ị

L (xem trong tài li u tham kh o 31 và 39).ệ ả

Hình 2 S ph n ng c a các ph c h p lipoylated (A) ph c h p -ketoacidự ả ứ ủ ứ ợ ứ ợ αdehydrogenase Trong bước ph n ng đ u tiên c a ph c h p pyruvateả ứ ầ ủ ứ ợdehydrogenase, ph c h p -ketoglutarate dehydrogenase, và ph c h p -ketoacidứ ợ α ứ ợ αdehydrogenase phân nhánh, ti u đ n v E1 kh carboxyl c a c ch t -ketoacid, vàể ơ ị ử ủ ơ ấ αnhóm acyl sau đó được chuy n cho corfactor lipoyl trên ti u đ n v E2 Ti u đ n vể ể ơ ị ể ơ ịE2 có ho t tính xúc tác có ch a thêm vùng lipoyl, và nó chuy n nhóm acyl đ nạ ứ ể ểcoenzyme A (CoA) C u trúc lipoate c a cofactor đấ ủ ược tái t o thông qua vi c khạ ệ ử

cao v i PDH nh ng l i s d ng acetoin (3-hydroxy-2-butanone) nh là m t c ch tớ ư ạ ử ụ ư ộ ơ ấthay vì pyruvate Ph n ng c a acetoin v i các ti u đ n v E1 d n đ n vi c gi iả ứ ủ ớ ể ơ ị ẫ ế ệ ảphóng acetaldehyde và s acetyl hóa c a lipoamide Ti u đ n v E2 sau đó chuy nự ủ ể ơ ị ểnhóm acetyl đ n CoA, và lipoamide đế ược tái t o b i ti u đ n v E3 (C) ph c h pạ ở ể ơ ị ứ ợlycine phân bào GCV xúc tác ph n ng oxy hóa kh carboxyl thu n ngh ch c aả ứ ử ậ ị ủglycine đ t o ra carbon dioxide, amoniac, và m t nhóm methylene để ạ ộ ược chuy n tể ừcofactor tetrahydrofolate đ s d ng trong s chuy n hóa m t carbon Protein Hể ử ụ ự ể ộ

c a lipoylated ho t đ ng nh m t c ch t di đ ng và h th ng v n chuy n gi aủ ạ ộ ư ộ ơ ấ ộ ệ ố ậ ể ữcác v trí ho t đ ng c a các protein P, T, và L L u ý r ng khác v i ti u đ n v E2 c aị ạ ộ ủ ư ằ ớ ể ơ ị ủ

ph c h p -ketoacid dehydrogenase, protein H không có ho t tính xúc tác Protein Pứ ợ α ạxúc tác m t ph n ng tộ ả ứ ương t nh c a ti u đ n v E1, và protein L tự ư ủ ể ơ ị ương t v iự ớ

ti u đ n v E3 (Hình C chuy n t tài li u tham kh o 39 v i s cho phép c aể ơ ị ể ừ ệ ả ớ ự ủ

3 Các ph c h p Lipoylated ứ ợ

a. Ph c h p PDH ứ ợ

Pyruvate dehydrogenase (PDH) xúc tác ph n ng oxy hóa kh carboxyl c aả ứ ử ủpyruvate đ t o thành acetyl coenzyme A (acetyl-CoA).ể ạ M t s con độ ố ường chuy nểhóa chính tiêu th acetyl-CoA, bao g m các chu kỳ axit tricarboxylic (TCA), sinhụ ồ

t ng h p axit béo, con đổ ợ ường kéo dài axit béo và con đường sinh t ng h pổ ợmevalonate c a isoprenoid ủ Escherichia coli có ch a m t PDH duy nh t, ho t đ ngứ ộ ấ ạ ộtrong tăng trưởng hi u khí.ế Trong E coli, s m t holo-PDH có th đự ấ ể ược thaythế b ng cách b sung acetate (237).ằ ổ H u h t các sinh v t nhân chu nầ ế ậ ẩ có ch a m tứ ộPDH ty th , liên k t quá trình đở ể ế ường phân v i chu trình TCA.ớ Th c v t có thêmự ậ

m t PDH trong l c l p, t o ra acetyl-CoA cho ộ ụ ạ ạ de novo enzyme t ng h p axit béoổ ợ(FAS) trong stroma c a l p th và cũng là ngu n g c chính c a NADH cho conủ ạ ể ồ ố ủ

đường này (139)

Ph c h p PDH sinh v t nhân th c, có thêm protein g i là protein n i E3ứ ợ ở ậ ự ọ ố(trước đây được g i là "protein X" [37,ọ 100]) c n thi t đ n i các ti u đ n v E3 v iầ ế ể ố ể ơ ị ớlõi E2 (64, 117, 176) Các protein n i E3 (E3BP) tố ương đ ng v i ti u đ n v E2 vàồ ớ ể ơ ịbao g m m t vùng lipoyl duy nh t sau đó là m tồ ộ ấ ộ vùng n i ti u đ n v ngo i viố ể ơ ị ạ(PSBD) và vùng xúc tác (77, 155) Vùng lipoyl là lipoylated và có th b kh và acetylể ị ửhóa b i các ti u đ n v E3 và E1 c a PDH (85,ở ể ơ ị ủ 100, 181) Tuy nhiên, E3BPs dường

nh không xúc tác cácư ph n ng chuy n acetyl c n thi t đ t o ra acetyl-CoA, cóả ứ ể ầ ế ể ạ

lẽ do thi u c a m t lế ủ ộ ượng d histidine xúc tác trong ti u đ n v E2 (77) S c tư ể ơ ị ự ắ

ng n vùng lipoyl c aắ ủ E3BP n m men nh hở ấ ả ưởng ít đ n ho t tính c a PDH ho cế ạ ủ ặ

s hình thànhự c a ph c h p (117), ch ng t r ng vùng này không quan tr ng đ iủ ứ ợ ứ ỏ ằ ọ ố

v i ch c năng c a E3BP S phân c t m t đo n l n h n c a đ u N trong E3BP bòớ ứ ủ ự ắ ộ ạ ớ ơ ủ ầ ởkhi n cho ph c PDH không ho t đ ngế ứ ạ ộ do thi u ti u đ n v E3 (64, 176) Trongế ể ơ ịcác thí nghi m, s phân gi i protein có th lo i b PSBDệ ự ả ể ạ ỏ cũng nh các vùngưlipoyl Nh v y, vai trò quan tr ng c a E3BPsư ậ ọ ủ dường nh là s liên k t c a các ti uư ự ế ủ ể

đ n v E3 ch không ph i làơ ị ứ ả ho t đ ng xúc tác c a vùng lipoyl.ạ ộ ủ Th t v y, các genậ ậ

được coi là mã hóa cho E3BPs t m t s sinh v t, ch ng h n nhừ ộ ố ậ ẳ ạ ư

Aspergillus fumigatus, dường nh không có các vùng lipoyl.ư

PDH b c ch bi n c u b i các s n ph m c a nó, NADHị ứ ế ế ấ ở ả ẩ ủ và acetyl-CoA, và b iở

m c đ cao c a ATP so v i ADP Trongứ ộ ủ ớ prokaryote, s bi u hi n PDH đự ể ệ ược đi uề

ch nh b i quá trình tăng trỉ ở ưởng hi u khí và lế ượng th a pyruvate và b c ch trongừ ị ứ ế

s tăng trự ưởng trong lên men (31) eukaryote, ngoài s đi u ch nh bi n c uỞ ự ề ỉ ế ấ c aủPDH b i s tích lũy c a các s n ph m, ho t đ ng cũng đở ự ủ ả ẩ ạ ộ ược ki m soátể thông qua

s phosphoryl hóa c a ti u đ n v E1 (122).ự ủ ể ơ ị Dướ đi u ki n y m khí, ph c h p liêni ề ệ ế ứ ợ

k t v i pyruvate dehydrogenase kinase phosphoryl hóa ph c h p này đ b t ho tế ớ ứ ợ ể ấ ạ

nó (96, 120, 122), k t qu là s chuy n hóa c a pyruvate t o lactateế ả ự ể ủ ạ trong bào

tương Vi c c ch ho t đ ng c a PDH sau đó có th đệ ứ ế ạ ộ ủ ể ượ làm gi m b i cácc ả ởpyruvate dehydrogenase phosphatase, được liên k t l ng l o v i ph c h p nàyế ỏ ẻ ớ ứ ợ(121, 122)

b. Ph c h p KDH ứ ợ

-ketoglutarate dehydrogenase (KDH)

CoA thông qua m t ph n ngộ ả ứ có c ch tơ ế ương t v i PDH.ự ớ Succinyl-CoA có thể

đượ tiêu th b i các enzyme succinyl-CoA synthetase trong chu trình TCA,c ụ ở ho c nóặ

có th theo hể ướng sinh t ng h p heme và ổ ợ amino acid (83) Trong bước đ u tiên c aầ ủsinh t ng h p heme, - aminolevulinic acid synthase xúc tác s ng ng t c aổ ợ δ ự ư ụ ủglycine và succinyl-CoA đ t o thành axit –aminolevulinic ( -ALA) (81).ể ạ δ δSuccinylCoA cũng được s d ng cho sinh t ng h p methionine và lysineử ụ ổ ợ

trong E coli và các sinh v t khác mà có kh năng t ng h pậ ả ổ ợ các axit amin cácỞ

ch ng ủ E coli thi u m t KDH ho t đ ng, ho t đ ng này có th đế ộ ạ ộ ạ ộ ể ược thay th b ngế ằsuccinate ho c, dặ ưới đi u ki n k khí, b ng lysine và methionine (83) H u h t cácề ệ ỵ ằ ầ ếsinh v t nhân th c có ch a m t KDH duy nh t n m trong ty th ậ ự ứ ộ ấ ằ ể Ở các sinh v t nhậ ư

đ ng v t có vú mà d dộ ậ ị ưỡng v i methionineớ và lysine, KDH c n thi t cho s hô h pầ ế ự ấ

hi u khí và s n xu t các phân t heme ti n ch t.ế ả ấ ử ề ấ

KDH khác nhau v m t c u trúc t h u h t PDHs và t t c BCDHs đề ặ ấ ừ ầ ế ấ ả ược bi tếtrong đó các ti u đ n v E1 để ơ ị ược mã hóa b i m t gen, bao g m các vùng tở ộ ồ ương

đ ng v i c hai ti u đ n v E1ồ ớ ả ể ơ ị α và E1 c a các ph c h p –ketoacidβ ủ ứ ợ αdehydrogenase khác Khác v iớ PDH sinh v t nhân chu n, KDH không đở ậ ẩ ược đi uề

ch nh b i s phosphoryl hóaỉ ở ự c a ti u đ n v E1.ủ ể ơ ị Thay vào đó, nó được ho t hóaạ

hi n c a KDH đệ ủ ược gia tang bi u hi n trong sể ệ ự tăng trưởng hi u khí nh ng l i bế ư ạ ị

c ch trong s tăng tr ng lên men (68) K t qu c a s c ch này trong m t

Các chu i nhánh -ketoacidỗ α dehydrogenase (BCDH) tham gia vào s phân gi iự ả

c a ủ amino acid ch i nhánh đ t o ra chu i nhánh CoA (BC-CoA) phân t có thỗ ể ạ ỗ ử ể

được chuy n vào chu trình TCA trung gian ho c s d ng cho t ng h p các chu iể ặ ử ụ ổ ợ ỗnhánh axit béo (BCFA) Trong s phân gi i chu i nhánh ự ả ỗ amino acid, các amino acidvaline, leucine, isoleucine và được kh amin t oử ạ -ketoacids tα ương ng b i cácứ ởchu i nhánh amino axidỗ transaminase (BCAT) Nh ng –ketoacids này là cữ α ơ

ch tấ cho BCDH và được kh carbonxyl và liên h p v i CoAử ợ ớ đ t o ra 3-methyl-ể ạbutanoyl-CoA, isobutyryl-CoA, và 2-methyl-butanoyl-CoA nhi u vi khu n GramỞ ề ẩ

dương, các phân t BC-CoA ng n đử ắ ượ ạc t o thành b i các BCDH đở ược s d ngử ụ chủ

y u nh là m i đ t o ra chu i nhánhế ư ồ ể ạ ỗ acid béo dài h n có th có vai trò quan tr ngơ ể ọtrong vi c thích nghi v i nhi t đệ ớ ệ ộ b ng cách bi n đ i tính l u đ ng c a màng (223,ằ ế ổ ư ộ ủ260) Ví d , khi BCDH b phá h y trong vi khu n gây b nh ụ ị ủ ẩ ệ Listeria monocytogenes,

sinh v t tr nên thi u BCFAs và không còn thích nghi đậ ở ế ược v i s phát tri n trongớ ự ể

đi u ki n l nh (262) Cácề ệ ạ yêu c u đ i v i các s n ph m BC-CoA c th c a BCDHầ ố ớ ả ẩ ụ ể ủthay đ iổ theo loài Trong vi khu n ẩ Bacillus subtilis, khi b sung b t kỳ ba axit béoổ ấ

tương t s n ph m c a BCDH là đự ả ẩ ủ ủ đ thay th cho các enzyme đ t bi n (251).ể ế ộ ế

Ngược l i, ạ L monocytogenes c n có 2-methylbutyrate đ thay cho s b t ho tầ ể ự ấ ạ

c aủ BCDH (106) Do đó, các yêu c u BCFA c th trong m tầ ụ ể ộ sinh v t b t bu c thìậ ắ ộcác axit béo phân nhánh ng n có th đắ ể ượ dùng đ thay th cho ph c h p này.c ể ế ứ ợ

sinh v t nhân s , s bi u hi n c a BCDH đ c gây ra

ketoacids phân nhánh (128) các t bào đ ng v t có vú, các BCDH đỞ ế ộ ậ ược đi uề

ch nh ch t chẽ b i s phosphoryl hóaỉ ặ ở ự và s c ch s n ph m m t cách tự ứ ế ả ẩ ộ ương tựnhư đ i v i các PDH (xem trong tài li u tham kh o 76) S phosphoryl hóaố ớ ệ ả ự c a ti uủ ể

209), đi u này có th đề ể ược đ o ngả ược b i s liên k t v i phosphatase (34) S tíchở ự ế ớ ựlũy các s n ph m acyl-CoA phân nhánh và NADH c ch c nh tranhả ẩ ứ ế ạ v i ph c h pớ ứ ợnày (76) sinh v t nhân th c, các BCDH đỞ ậ ự ược tìm th y trongấ ty th , n i các s nể ơ ả

ph m BC-CoA có th đẩ ể ược ti p t cế ụ chuy n hóa vào chu trình TCA trung gian nhể ưacetylCoA và succinyl-CoA

d. Ph c h p AoDH ứ ợ

Các acetoin dehydrogenase (AoDH) liên quan ch t chẽ v i -ketoacidặ ớ αdehydrogenases và được cho là đã ti n hóa t m t t tiên PDH chung (115).ế ừ ộ ổ Ởnhi u vi khu nề ẩ c a ngành ủ Firmicutes và Proteobacteria, vi c chuy n đ i pyruvateệ ể ổthành acetyl-CoA đòi h i có AoDH h n là PDHỏ ơ (xem trong tài li u tham kh o 256).ệ ảTrong các vi khu n này, acetoin (3-hydroxy-2-butanone) đẩ ược hình thành từpyruvate trong hai bước bi n đ i enzyme (191), cung c p c ch t cho AoDH AoDHế ổ ấ ơ ấtái t o ch a các ti u đ n v E1, E2, E3 t vi khu nạ ứ ể ơ ị ừ ẩ Pelobacter carbinolicus là đ cặ

tr ng cho acetoin và không s d ng pyruvate ho c -ketoglutarate nh là c ch tư ử ụ ặ α ư ơ ấ(162) Protein E1 có ch a m t vùng trình t b t đ ng soα ứ ộ ự ấ ồ v i các -ketoacidớ αdehydrogenase khác và dường nh là đóng vai tròư cho tính đ c hi u c ch t c aặ ệ ơ ấ ủAoDH (115) Các protein E1 vàβ E2, và các vùng khác c a E1 , tủ β ương đ ngồ cao v iớcác ph c h p bao g m PDH Gi ng nh các ti u đ n v E1 PDH sinh v t nhân s ,ứ ợ ồ ố ư ể ơ ị α ở ậ ơcác E1 AoDHα dường nh không ch aư ứ các v trí ki m soát s phosphoryl hóa đị ể ự ượctìm th y trong PDH c a sinh v t nhân th c.ấ ủ ậ ự Theo quan sát gi a các protein PDH E2ữ(187) và các protein E2 c aủ AoDH có th có s lể ố ượng các vùng lipoyl khác nhau Haivùng lipoyl được tìm th y trong E2 AoDH c a ấ ủ P carbinolicus, so v i m t vùng trongớ ộ

Klebsiella pneumoniae và Cupriavidus Necator (38, 178) Các gen mã hóa các ti uể

đ n v AoDH đơ ị ượ s p x p theo các trình t gi ng v i trình t đc ắ ế ự ố ớ ự ược quan sát th yấtrong các -ketoacid dehydrogenase khác, v i các ti u đ n v E1 , E1 , và E2 đα ớ ể ơ ị α β ược

mã hóa trong các c m gen gi ng nhau S hi n di n c a m t ti u đ n v E3ụ ố ự ệ ệ ủ ộ ể ơ ị được

mã hóa trong c m này thay đ i theo loài (256), và trongụ ổ trường h p thi u gen này,ợ ế

m t E3 chung có lẽ độ ược chia sẻ gi a AoDH và –ketoacid dehydrogenases Đi uữ α ềthú v là,ị trong P carbinolicus có thêm m t gen mã hóaộ enzyme t ng h p lipoateổ ợ

n m gi a các gen mã hóa E2 và E3 c a AoDH (163), có kh năng liên k t s bi uằ ữ ủ ả ế ự ể

e. GCV.

Nh đã th o lu n trên, ph c h p glycine phân bào (GCV)ư ả ậ ở ứ ợ xúc tác ph n ngả ứngh ch c a s kh carboxyl c a glycine.ị ủ ự ử ủ Trong quá trình d hóa glycine, GCV t o raị ạNADH, CO2, NH3, và m t phân t carbon cho 5,10-CH2-THF, c n thi t cho s sinhộ ử ầ ế ự

t ng h p c a m t s ổ ợ ủ ộ ố amino acid và nucleotide (39) GCV cũng cung c p glycine đấ ể

đ m nhi m vai trò nh m tả ệ ư ộ ngu n carbon và nit cho m t s sinh v t.ồ ơ ộ ố ậ Khi GCV uưtiên sinh t ng h p glycine, glycine có th đổ ợ ể ượ ử ục s d ng cho s d ch mã protein ho cự ị ặ

nh m t c ch t c a enzym t ng h p acid -aminolevulinicư ộ ơ ấ ủ ổ ợ δ trong bước đ u tiênầ

c a s t ng h p heme (81) sinh v t nhân th c,ủ ự ổ ợ Ở ậ ự bao g m th c v t, các GCV đãồ ự ậ

được tìm th y ti th (39), tr các sinh v t đ n bào amitochondriateấ ở ể ừ ậ ơ Trichomonas vaginalis, n i các thành ph n c a GCV đơ ầ ủ ượ tìm th y trong các bào quan liên quanc ấ

đ n các ty l p th g i hydrogenosomesế ạ ể ọ (150)

S đi u khi n các ho t đ ng c a GCV đự ề ể ạ ộ ủ ược đi u b i ch nh b i tr ng tháiề ở ỉ ở ạcân b ngằ và khác nhau gi a các sinh v t.ữ ậ Trong các mô không quang h p th c v t,ợ ở ự ậGCV ho t đ ng theo m t hạ ộ ộ ướng duy nh t là d hóaấ ị glycine đ h tr cho ty l p thể ỗ ợ ạ ể

t ng h p serine,ổ ợ sau đó được chuy n đ n t bào ch t và s d ng choể ế ế ấ ử ụ vi c t o raệ ạ

m t carbon cho t bào ch t (45, 148) ộ ở ế ấ Ở Saccharomyces cerevisiae, các GCV có

ch c năng thu n ngh ch, d hóaứ ậ ị ị glycine ho c t ng h p nó tùy thu c vào tr ng tháiặ ổ ợ ộ ạchuy n hóa c a t bào (173).ể ủ ế Ở S cerevisiae và E coli, s thi u c a b t kỳự ế ủ ấ ti u đ nể ơ

v GCV nào đ u ngăn ch n các sinh v t s d ngị ề ặ ậ ử ụ glycine là m t ngu n carbon ho cộ ồ ặnit duy nh t nh ng khôngơ ấ ư nh hả ưởng đ n s tăng trế ự ưởng (173, 174) Các bi uể

hi n c a các protein GCVệ ủ trong E coli được đi u khi n m t cách ph c t p baoề ể ộ ứ ạ

g mồ s kích ho t b i glycine và s c ch b ng hự ạ ở ự ứ ế ằ ướng t o ra các s n ph m purineạ ẩ ẩ(217)

III C CH LIPOYL HÓA Ơ Ế

Có 2 c ch đơ ế ược bi t đ n v bi n đ i sau d ch mã c a protein ế ế ề ế ổ ị ủ đ i v iố ớ lipoate

là t ng h p lipoate và s kh lipoate (144) Quá trình kh lipoate liên quan đ nổ ợ ự ử ử ế

vi c n i lipoate t do ngoài t bào vào protein m c tiêu Ngệ ố ự ở ế ụ ượ ạc l i, quá trình t ngổ

h p lipoate liên quan đ n vi c hình thành lipoate bám protein t ti n ch t làợ ế ệ ừ ề ấoctanyl Nhi u cách g n k t lipoate đã đề ắ ế ược nghiên c u và ngứ ười ta th y r ng cóấ ằ

các đ c đi m phù h p nh t E coli mà đó, vi c t ng h p lipoate và con đặ ể ợ ấ ở ở ệ ổ ợ ường

kh lipoate x y ra đ c l p v i nhau (Hình 3A đ n C) M c dù các ph c h p đã đử ả ộ ậ ớ ế ặ ứ ợ ượclipoyl hóa có tính b o t n cao và h u nh có m t kh p n i trong t nhiên, sinh v tả ồ ầ ư ặ ắ ơ ự ậ

d a vào s đa d ng các thành ph n c a quá trình lipoyl hóa đ t o ra nhi u đ ngự ự ạ ầ ủ ể ạ ề ồ

ph c h p đây, chúng tôi s d ng E coli đ gi i thi u s sinh t ng h p lipoate vàứ ợ Ở ử ụ ể ớ ệ ự ổ ợ

s kh lipoate trự ử ước khi nghiên c u sâu v cách gây b nh c a vi khu n khác.ứ ề ệ ủ ẩ

1 Sinh t ng h p lipoate ổ ợ

Ở E coli, quá trình sinh t ng h p lipoate th c hi n qua 2 ph n ng xúc tác b iổ ợ ự ệ ả ứ ở

2 enzyme: octanoyl transferase (LipB) (144) và lipoate synthase (LipA) (78, 79, 183)(Hình 3B) LipB chuy n nhóm octanoyl t protein mang octanoyl acyl (octanoyl-ể ừACP) sang apoprotein Enzyme transferase này không s d ng hi u qu octanoateử ụ ệ ả

có s n làm c ch t và k t qu , enzyme này ph thu c vào fatty acid synthase II đẵ ơ ấ ế ả ụ ộ ể

t ng h p octanoyl-ACP (102) Sau khi t ng h p ti u đ n v octanoyl, 2 nguyên t Sổ ợ ổ ợ ể ơ ị ử

được thêm vào b i LipA, hình thành dithiolane lipoate (261) Enzyme LipA làởenzyme ch y u t ng h p nên lipoate Xung quanh lipoate ligase có các enzymeủ ế ổ ợLipB, Lip1A có th s d ng octanate t do (thay vì lipoate t do) đ hình thànhể ử ụ ự ự ểoctanoylate aposubunits (261) (Hình 3A) Ở E coli, con đường t ng h p lipoate đòiổ ợ

h i s có m t c a LipA và LipB ho c Lp1A t ng h p nên protein ch a lipoyl vàỏ ự ặ ủ ặ ổ ợ ứkhông t ng h p nên các cofactor là m t acid t do.ổ ợ ộ ự

th c v t, LipB và các b n sao c a LipA đ c tìm th y ti th và plastid (257)

Trong plastid, không t n t i b t kì ligase nào c , quá trình t ng h p lipoate đồ ạ ấ ả ổ ợ ượccho r ng: s d ng s n ph m c a plastid FAS II là octanoyl-ACP d g n lipoyl lênằ ử ụ ả ẩ ủ ể ắplastid PDH M c dù trong ti th th c v t có s hi n di n c a lipoate ligase, là c uặ ể ự ậ ự ệ ệ ủ ấtrúc chính c a ti th th c v t FAS II t ng h p nên octanoyl-ACP cho vi c t ng h pủ ể ự ậ ổ ợ ệ ổ ợlipoate (67) m t s sinh v t nhân th c khác, đ c bi t là n m men, có s lỞ ộ ố ậ ự ặ ệ ấ ố ượngkhá nhi u ti th lo i FAS II và vi c t ng h p lipoate cũng khá nhi u (23,87) ề ở ể ạ ệ ổ ợ ề Ở

đ ng v t có vú, lipoate là s n ph m s c p t th c ăn do vi khu n độ ậ ả ẩ ơ ấ ừ ứ ẩ ường ru t phânộ

gi i, lipoate theo dòng máu đ n các enzyme m c tiêu vào ti th c a t bào (56, 57,ả ế ụ ể ủ ế177) Tuy nhiên, FAS lo i II và quá trinh t ng h p lipoate có m t nhi u t bàoạ ổ ợ ặ ở ề ếkhác trong c th Vi c lo i b gen t ng h p nên lipoate chu t làm phôi t bàoơ ể ệ ạ ỏ ổ ợ ở ộ ế

phôi b ch t đi ị ế  nh n m nh t m quan tr ng c a quá trình t ng h p lipoate ti thấ ạ ầ ọ ủ ổ ợ ở ểtrong s bi n dự ế ưỡng sinh vât nhân th c.ở ự

2 Quá trình kh lipoate ử

Vi c kh lipoate liên quan đ n g n lipoate ngo i bào vào apoE2 ho c các ti uệ ử ế ắ ạ ặ ể

đ n v protein H b i lipoate ligase (Hình 3C) E coli ch có duy nh t 1 enzymeơ ị ở ỉ ấlipoate ligase; người ta phát hi n ra Lp1A nh 1 gen s n ph m ch y u k t h pệ ư ả ẩ ủ ế ế ợlipoate ngo i bào vào ph c h p bi n dạ ứ ợ ế ưỡng (143) Các nghiên c u v đ tinh s chứ ề ộ ạ

c a Lp1A tái t h p cho th y r ng kh năng xúc tác c a Lp1A th c hi n ph n ngủ ổ ợ ấ ằ ả ủ ự ệ ả ứqua 2 bước và ph thu c ATP Bụ ộ ước đ u, s d ng ATP đ ho t hóa lipoate t do,ầ ử ụ ể ạ ự

đ ng th i hình thành ph c h p lipoyl-AMP Trình t lysine b o t n đồ ờ ứ ợ ự ả ồ ược gi l i ữ ạ ởvùng apodomain , sau đó ph n ng t i g c carboxyl c a lipoyl-AMP đ hình thànhả ứ ạ ố ủ ểliên k t lipoamide và gi i phóng AMP (143) Không gi ng nh LipB và LipA, Lp1Aế ả ố ư

có th s d ng c ch t là octanoate (143, 261) M t cách tể ử ụ ơ ấ ộ ương t , lipoate gi ngự ố

nh 8-bromo-octanoate (BrO) cũng là c ch t c a Lp1A, k t qu là c ch s phátư ơ ấ ủ ế ả ứ ế ựtri n E, coli (2, 261).ể

M c dù có trình b o t n m c th p, Lp1A và LipB cùng chung 1 h cofactorặ ả ồ ở ứ ấ ọ

g n vào enzyme (171) Phù h p v i gi thuy t này, Lp1A có th xúc tác ph n ngắ ợ ớ ả ế ể ả ứ

do enzyme octanoyl transferase th c hi n mà đ c tr ng xúc tác này do LipB th cự ệ ặ ư ự

hi n nh ng Lp1A th c hi n ph n ng m c đ th p h n LipB (102) Khi nghiênệ ư ự ệ ả ứ ở ứ ộ ấ ơ

c u c u trúc tinh th tia X c a 2 enzyme LipB và Lp1A thì th y r ng c u trúc c a 2ứ ấ ể ủ ấ ằ ấ ủenzyme này gi ng nhau và g p cu n protein gi ng nhau khi quan sát trong biotinố ấ ộ ốligase ở E coli, BirA (253) C u trúc c a LipB ấ ủ ở Mycobacterium tuberculosis x pếthành hàng so v i c u trúc c a Lp1A trong ớ ấ ủ Thermoplasma acidophilum (108) và Lp1A trong E coli (58), v i giá tr hi u d ng (RMS) kho ng 2.5A đ x p thành hàngớ ị ệ ụ ả ể ếcác nguyên t C-alpha (125) Quan tr ng h n, các fatty acid ligand đử ọ ơ ược quan sáttrong c u trúc c a LipB ấ ủ ở M tuberculosis có th x p ch ng lên nhóm lipoyl c aể ế ồ ủlipoyl-AMP trong c u trúc Lp1A ấ ở T acidophilum, nh n m nh s gi ng nhau v vấ ạ ự ố ề ịtrí ho t đ ng c a các enzyme này (125) Axit octanoic và các ch t tạ ộ ủ ấ ương t nh axitự ưoctanoic cũng bám vào các khe (túi) có trung tâm ho t đ ng gi ng nhau trong c uạ ộ ố ấtrúc LipB ở Thermus thermophilus (109).

Đi u quan tr ng phân bi t LipB và Lp1A là s hi n di n vùng domain có đ uề ọ ệ ự ệ ệ ầC- terminal Lp1A mà không có LipB C u trúc Lp1A ở ở ấ ở E coli cho th y vùngấdomain có đ u C-terminal ph i tr i qua s thay đ i hình d ng c a c u trúc liênầ ả ả ự ổ ạ ủ ấquan đ n vi c hình thành ph c h p lipoyl-AMP (54) Bế ệ ứ ợ ước này không c n thi t ầ ế ởenzyme LipB khi nhóm octanoyl g n vào protein mang acyl thông qua c u n iắ ầ ốthioester Các domain trong b gen c a các vi khu n c có th mã hóa ra Lp1A v iộ ủ ẩ ổ ể ớ

kh năng xúc tác và domain có đ u C-terminal nh đ phân tách các protein (27).ả ầ ư ểLp1B hình thành d ng dimer v i ho t tính xúc tác c a domain, đòi h i s hìnhạ ớ ạ ủ ỏ ựthành lipoyl-AMP (27, 134) Tuy nhiên, LipB không yêu c u ph i g n nhóm lipoylầ ả ắvào vào protein có vùng domain g n lipoyl (27) Gi ng nh th , enzyme lipoateắ ố ư ếligase ho c các đ ng đ ng c a nó đ ng v t có vú bao g m vùng domain có đ u C-ặ ồ ẳ ủ ở ộ ậ ồ ầterminal và có ho t tính xúc tác chuy n nhóm lipoyl khi cung c p lipoyl (53) Vì v y,ạ ể ấ ậvùng domain Lp1B, nó sẽ bi u hi n nh protein đ c l p ho c k t h p các ho t tínhể ệ ư ộ ậ ặ ế ợ ạxúc tác trong domain c a lipoate ligase và t t nhiên ph i có s hình thành lipoyl-ủ ấ ả ựAMP

C ch kh lipoate r t đ n gi n khi nghiên c u ơ ế ử ấ ơ ả ứ ở E coli, nhi u con đề ường t nậ

d ng đã đụ ược bi t đ n V i 1 vài sinh v t nh ế ế ớ ậ ư L monocytogenes và Plasmodiumfalciparum, chúng có đ n 2 enzyme ligase (3,107), phù h p v i các nhuế ợ ớ

c u c n thi t trong t bào t bào đ ng v t có vú, enzyme Lp1A xúc tác ph n ngầ ầ ế ế Ở ế ộ ậ ả ứ

n i x y ra theo 2 bố ả ước và đ c l p GTP (Hình 3D) Quá trình này ph i c n đ nộ ậ ả ầ ếenzyme có ch c năng ho t hóa lipoate (LAE), hình thành lipoyl-GMP t lipoate tứ ạ ừ ự

do Enzyme c n thi t khác là lipoyl nucleoside monophosphate (NMP) transferase,ầ ếchuy n lipoate t lipoyl-GMP thành apodomain (55) C u trúc enzyme LAE đ ngể ừ ấ ở ộ

v t có vú có vai trò quan tr ng trong chuy n hóa xenobiotic/ hình thành các chu iậ ọ ể ỗ

có đ dài trung bình acyl-CoA ligase (57) cũng nh ph i h p v i NMP transferaseộ ư ố ợ ớ

đ g n ch t tể ắ ấ ương t nh lipoate và xenobiotic vào E2 PDH đ ng v t có vú (240).ự ư ở ộ ậ

M c dù enzyme NMP transferases đ ng v t có vú tặ ở ộ ậ ương t nh Lp1A ự ư ở E coli

nh ng chúng v n có kh năng s d ng lipoate t do đ làm c ch t và là cách đư ẫ ả ử ụ ự ể ơ ấ ểphân bi t ệ E coli và các vi sinh v t khác nh quá trình lipoyl hóa (55, 56).ậ ờ

3 Tách chi t lipoate ế

M t enzymeộ có tên là lipoamidase (Lpa), có ch c năng phân c t liên k tứ ắ ếlipoamide và có vi khu n gram (+) ở ẩ Enterococcus faecalis Th p niên nh ng nămậ ữ

1950, vi c nghiên c u vai trò c a axit lipoic trong PDHs ệ ứ ủ ở E coli và E faecalis, Reed

và các c ng s phát hi n ra r ng m t ph n nào đó ho t tính c a enzyme tinh s chộ ự ệ ằ ộ ầ ạ ủ ạ

t ừ E faecalis b b t ho t và gi i phóng ra lipoate t do (188) Enzyme Lpa ch m iị ấ ạ ả ự ỉ ớphát hi n g n đây v i kh i lệ ầ ớ ố ượng 80 kDa, vùng amidase domain có đ u N-terminalầ

đ c tr ng b i các acid amin Ser-Ser-Lys và đ u C-terminal v n ch a rõ ch c năngặ ư ở ầ ẫ ư ứ

c a nó (99) Nó có th phân c t lipoate t alpha-ketoacid dehydrogenases, lipoicủ ể ắ ừacid amide và các phân t ester nh nh ng 1 s ít không có ho t tính trên -N-ử ỏ ư ố ạ εbiotinyl-L-lysine (biocytin), -N-acetyl-L-lysine, or -Nbenzoyl-L-lysine (224) ε ε In vivo, protein được lipoyl hóa tác đ ng đ n c quan đích m t cách đ c hi u b i Lpa,ộ ế ơ ộ ặ ệ ởkhi s bi u hi n c a Lpa là ch t đ c các dòng ự ể ệ ủ ấ ộ ở E coli thì lipoate sẽ b E coli phânị

gi i (214a) ả

Ho t tính lipoamidase khi nghiên c u trên đ ng v t có vú, có c huy t thanhạ ứ ộ ậ ả ế

người và s a (10, 62, 94, 159) Tuy nhiên, khác v i lipoamidase ở ữ ớ E faecalis ở ,nhi u ho t tính c a amidase dề ạ ủ ường nh không đ c hi u cho lipoate Ho t tính c aư ặ ệ ạ ủenzyme lipoamidase trong huy t thanh ngế ười sẽ phân c t các ch t nh biotin bắ ấ ư ịphân c t b i biotinidase (62) và s a ngắ ở ở ữ ười sẽ có cholesterol esterase (94) đ ngỞ ộ

v t có vú, vi c t o thành lipoate t do đậ ệ ạ ự ược th c hi n b i s kh acid hydrolysisự ệ ở ự ử

nh ng không có s tham gia c a enzyme Các h p ch t c b n t ng h p nên lipoateư ự ủ ợ ấ ơ ả ổ ợ

t do đ ng v t đa bào ph i có acid lipoic t th c ăn và vi khu n đự ở ộ ậ ả ừ ứ ẩ ường ru t (55,ộ56) Các vi khu n gây b nh đ ng v t có th kh lipoate t do đẩ ệ ở ộ ậ ể ử ự ượ ổc t ng h p b iợ ở

s phân h y c th ch ự ủ ơ ể ủ

IV LIPOATE LÀ CH T CH NG OXI HÓA Ấ Ố

V vai trò xúc tác trong ph n ng bi n dề ả ứ ế ưỡng, lipoate và dihydrolipoate có vaitrò quan tr ng trong ph n ng oxi hóa kh (xem l i tham kh o trang 138 và 165).ọ ả ứ ử ạ ảLipoate hoàn toàn là ch t ch ng oxi hóa b i vì kh năng ch ng oxi hóa khi tr ngấ ố ở ả ố ở ạthái kh (dihydrolipoate) và oxi hóa (lipoate) (165) Lipoate and dihydrolipoate làử

c p oxi hóa kh , có kh năng đ c hiêu trong lo i b các g c t do g m hydroxyl tặ ử ả ặ ạ ỏ ố ự ồ ự

do, peroxyl t do, superoxide t do và O nguyên t Ho t đ ng c a dihydrolipoat v iự ự ử ạ ộ ủ ớcác ch t ch ng oxi hóa khác có th tái t ng h p các ch t ch ng oxi hóa co ho tấ ố ể ổ ợ ấ ố ạtính nh vitamin C (104), glutathione (101), coenzyme Qư 10 (255) và vitamin E(203) Lipoate có th tan trong lipid l n trong nể ẫ ước, có kh năng tả ương tác v i cácớ

ch t ch ng oxi hóa khác t o c u n i màng t bào-ch t ch ng oxi hóa nhấ ố ạ ầ ố ế ấ ố ư

B ng 1 ả

tocopherol và (ch t ch ng oxi hóa-t bào ch t) nh glutathione Lipoate andấ ố ế ấ ưdihydrolipoate ho t đ ng tr c ti p nh ch t ch ng oxi hóa thông qua quá trình khạ ộ ự ế ư ấ ố ửcác g c t do và gián ti p b i tái sinh các ch t ch ng oxi hóa khác.ố ự ế ở ấ ố

V BI N D Ế ƯỠ NG LIPOATE VI KHU N Ở Ẩ

1 Vi khu n gram (–) ẩ

Các vi khu n gây b nh ngẩ ệ ở ười đa s là vi khu n gram (–) và ph n l n thu cố ẩ ầ ớ ộ

ngành Chlamydiae và Proteobacteria Các vi khu n này có hình thái r t da d ng vàẩ ấ ạ

có th là vi khu n n i bào b t bu c, n i bào tùy ý hay ngo i bào Tể ẩ ộ ắ ộ ộ ạ ương t , các loàiự

vi khu n này có th s ng hi u khí b t bu c, k khí tùy ý ho c vi hi u khí Ho tẩ ể ố ế ắ ộ ị ặ ế ạ

đ ng bi n dộ ế ưỡng lipoate các sinh v t này r t đa d ng, ví d nh 13 loàiở ậ ấ ạ ụ ư ở

Proteobacteria và loài Chlamydia trachomatis t ừ Chlamydiae Ho t đ ng bi n dạ ộ ế ưỡnglipoate được nghiên c u vi khu n gây b nh gram (–) đứ ở ẩ ệ ược hi u rõ h n b i s soể ơ ở ựsánh gi a ữ Proteobacteria Helicobacter pylori và Pseudomonas aeruginosa Ở H pylori, không tìm th y b t kì protein nào liên quan đ n s bi n dấ ấ ế ự ế ưỡng lipoate trongkhi b gen c a ộ ủ P aeruginosa mã hóa ra enzyme t ng h p lipoate cũng nh enzymeổ ợ ư

kh lipoate, các enzyme này là ph c h p c a 5 protein đã lipoyl hóa khác nhauử ứ ợ ủ(B ng 1 và 2) S so sánh ho t đ ng bi n dả ự ạ ộ ế ưỡng lipoate vi khu n gây b nh gramở ẩ ệ(–) cung c p cho chúng ta nhi u thông tin v phát sinh b nh t vi khu n, cũng nhấ ề ề ệ ừ ẩ ưcác protein liên quan đ n quá trình t ng h p lipoate và protein đã đế ổ ợ ược lipoyl hóa

ch s phát sinh b nh do các loài vi khu n gây ra Ví d , ỉ ự ệ ẩ ụ ở Burkholderia pseudomallei, khi gián đo n quá trình bi n dạ ế ưỡng lipoate sẽ làm suy gi m đ c l cả ộ ự(172), trong khi ở Pseudomonas aeruginosa, ph c h p đã đứ ợ ược lipoyl hóa đòi h i sỏ ự

bi u hi n thích h p b i h th ng ti t đ c t (33) Các loài vi khu n này và các loàiể ệ ợ ở ệ ố ế ộ ố ẩkhác được mô t dả ở ưới đây nh ngư đi u quan tr ng c n l u ý là các protein đề ọ ầ ư ược

mã hóa trong b gen c a các sinh v t này là gi đ nh tr khi ộ ủ ậ ả ị ừ tìm ra các b ng ch ngằ ứ

th c nghi mự ệ

loài

Ở Alphaproteobacteria, vi khu n thu c chi ẩ ộ Rickettsia là các vi khu n gây ẩ

b nh ngệ ở ườ ối s ng n i bào b t bu c Vi khu n t chi ộ ắ ộ ẩ ừ Rickettsia là t tiên đ u tiênổ ầ

v thuy t n i c ng sinh, hình thành nên ti th (5), bi n dề ế ộ ộ ể ế ưỡng lipoate sinh v t ở ậ

nhân th c cùng chung ngu n g c v i vi khu n Vi khu n gây b nh ự ồ ố ớ ẩ ẩ ệ Rickettsia đượcchia thành 2 nhóm: nhóm gây s t ố Rickettsia và nhóm gây s t màng não mi n núi ố ề(182) Tác nhân gây b nh s t màng não mi n núi (ệ ố ề Rickettsia rickettsii) và s t ố

Rickettsia (Rickettsia prowazekii) đ i di n tiêu bi u cho 2 nhóm gây b nh này ạ ệ ể ệ(241)

M c dù, loài ặ Rickettsia có b gen tộ ương đ i đ n gi n (17) nh ng chúng v n cóố ơ ả ư ẫ

th th c hi n chu trình TCA và ch có ph c h p KDH (5) 2 ti u đ n v E1 và E2 c aể ự ệ ỉ ứ ợ ể ơ ị ủKDH được mã hóa k ti p nhau trong b gen ế ế ộ ở R rickettsii và R prowazekii, theo giả

thuy t, ti u đ n v E3 c u trúc nên 1 ph n nào đó trong ph c h p KDH (B ng 2) Bế ể ơ ị ấ ầ ứ ợ ả ộ

gen Rickettsia cũng mã hóa ra ph c h p đứ ợ ược lipoyl hóa g m E1alpha, E1beta và cácồ

ti u đ n v E2 cùng 1 gen cluster Nh ng protein này có trình t tể ơ ị ở ữ ự ương đ ng v i cácồ ớ

ti u đ n v c a BCDH và đ i v i các ti u đ n v PDH c a vi khu n gram (–), chúngể ơ ị ủ ố ớ ể ơ ị ở ủ ẩ

có E1alpha và E1beta M c dù gi ng v i protein BCDH, ph c h p trên ặ ố ớ ứ ợ ở Rickettsia có

B ng 2: Các ph c h p lipoyl vi khu n gram (-)ả ứ ợ ở ẩ

amino acid, đòi h i ph i phân h y đỏ ả ủ ược m ch nhánh amino acid nh ng các enzymeạ ư

đó không có loài ở Rickettsia (242) Thêm 1 b ng ch ng cho r ng các ti u đ n v cóằ ứ ằ ể ơ ị

m t PDH gi đ nh b t ngu n t rickettsiae, gi ng nh ti th , ph i có pyruvate trongộ ả ị ắ ồ ừ ố ư ể ả

t bào ch t và ph i có PDH đ bi n đ i pyruvate thành acetyl-CoA (5, 190) ế ấ ả ể ế ổ Ở

Rickettsia spp, chúng có các ph c h p KDH và PDH nh ng thi u protein đứ ợ ư ế ược lipoylhóa M c dù ặ Rickettsia spp s ng n i bào b t bu c nh ng chúng v n không th mãố ộ ắ ộ ư ẫ ểhóa ra enzyme lipoate ligase cũng nh các enzyme kh lipoate t t bào ch C ư ử ừ ế ủ ả R rickettsii and R prowazekii đ u có th mã hóa ra các b n sao gi ng v i LipA và LipB ề ể ả ố ớ ở

E coli, chúng có th t ng h p lipoate đ ho t hóa 2 ph c h p KDH và PDH (B ng 1).ể ổ ợ ể ạ ứ ợ ả

Betaproteobacteria g m nhi u loài k khí b t bu c nh ồ ề ị ắ ộ ư Neisseria meningitidis,Neisseria gonorrhoeae, Bordetella pertussis và Burkholderia pseudomallei Nh ng loài này đ u là các vi khu n gây b nh ngữ ề ẩ ệ ở ười nh viêmưmàng não, b nh l u, b nh ho gà và ệ ậ ệ b nh Whitmore (250) đi u ki n hô h p líệ Ở ề ệ ấ

tưởng, b gen c a các loài vi khu n sẽ mã hóa ra các ti u đ n v c a ph c h pộ ủ ẩ ể ơ ị ủ ứ ợPDH, KDH (b ng 2), các b gen mã hóa ra m i ph c h p đả ộ ỗ ứ ợ ược tìm th y cùngấ ở

m t operon Khác v i ộ ớ E coli, enzyme dihydrolipoamide dehydrogenase (ti u đ nể ơ

v E3) mã hóa ra operon KDH ị ở Betaproteobacteria Các loài vi khu n gây b nh cóẩ ệprotein H, P, T c a GCV, chúng thi u dihydrolipoamide dehydrogenase protein Lủ ế

đ c l p Các gen b n sao c a ti u đ n v E1 trong PDH và các ti u đ n v c aộ ậ ả ủ ể ơ ị ể ơ ị ủBCDH được mã hóa trong gen ở B pertussis and B pseudomallei nh ng không có ư ở

loài Neisseria.

Ở B.pseudomallei, 4 gen gi đ nh BCDH cùng n m trong 1 operon hoàn ch nh,ả ị ằ ỉkhi mã hóa t o ra E1alpha, E1 beta, E2, and E3 Ngạ ượ ạc l i, ch các gen mã hóa raỉE1alpha, E1 beta c a BCDH, đủ ược bi t đ n k ti p nhau trong b gen ế ế ở ế ế ộ ở B pertussis Ti u đ n v E2 (CAE44952 ) và E3 (CAE44944) ) để ơ ị ược mã hóa gen nàoở

đó trong b gen và không liên quan đ n operon khác (B ng 2) Các gen này có thộ ế ả ểxác đ nh kh năng mã hóa các ti u đ n v ch a hoàn ch nh c a BCDH Các ti u đ nị ả ể ơ ị ư ỉ ủ ể ơ

v tị ương đ ng v i E2 h u nh gi ng v i ti u đ n v E2 c a KDH và có duy nh t 1ồ ớ ầ ư ố ớ ể ơ ị ủ ấ

lipoyl g n v i vùng domain nh ng thi u vùng trung tâm có domain đáp ng v iắ ớ ư ế ứ ớ

ho t đ ng c a ti u đ n v E3 Các ti u đ n v tạ ộ ủ ể ơ ị ể ơ ị ương đ ng v i E3 khi hoàn ch nh thìồ ớ ỉcác gen b n sao c a E3 PDH ít h n ti u đ n v E3 BCDH so v i các sinh v t khác.ả ủ ơ ể ơ ị ớ ậChính vì v y, khi protein E2 không đ y đ ti u đ n v , không có E2 BCDH và cácậ ầ ủ ể ơ ị

b n sao c a E3 ả ủ ở B pertussis có th t o ra protein ít ho c m t ho t tính các loàiể ạ ặ ấ ạ ở

Bordetella (167).

Các gen b n sao v i ti u đ n v E3 c a PDH (CAE44944) ả ớ ể ơ ị ủ ở B pertussis có c uấtrúc khác d phân bi t t ph c h p lipoyl Đ i v i m t s loài vi khu n khác, baoễ ệ ừ ứ ợ ố ớ ộ ố ẩ

g mồ Neisseria meningitidis, Listeria monocytogenes, Streptococcus pneumoniae và

đ ng v t nguyên sinh ộ ậ Trypanosoma brucei có E3 là các ti u đ n v quy t đ nh có vaiể ơ ị ế ịtrò khác được ch p nh n nh v n chuy n đấ ậ ư ậ ể ường qua màng plasma (210) Ở

N.meningitidis, ti u đ n v E3 c a PDH đóng vai trò quan tr ng trong màng bao (vể ơ ị ủ ọ ỏngoài) vi khu n (4) nh ẩ ư L monocytogenes và T brucei (35, 149, 200) Ti u đ n v E3ể ơ ị

c a PDH ủ ở N meningitidis có domain được lipoyl hóa v i đ u amino-terminal và 2ớ ầvùng domain được lipoyl hóa E2 PDH (21) Vai trò lipoyl hóa c a vùng domainở ủ

ch a đư ược làm rõ nh ng có tính b o t n ti u đ n v E3 PDH liên quan đ n viư ả ồ ở ể ơ ị ếkhu n gây b nh ngẩ ệ ở ười nh ư Neisseria gonorrhoeae và đóng vai trò quan tr ng viọ ởkhu n gram (+) (xem “Firmicutes” bên dẩ ưới)

H u h t vi khu n gây b nh ầ ế ẩ ệ Betaproteobacteria có kh năng t ng h p và khả ổ ợ ửlipoate (B ng 1) Các gen tr c giao c a LipA, LipB, Lp1A cũng đả ự ủ ươc phát hi n trongệ

b gen c a ộ ủ Betaproteobacteria nh ng có 1 ngo i l Vi khu n ư ạ ệ ẩ B pseudomallei s ngố

n i bào tùy ý không có kh năng mã hóa ra gen tr c giao Lp1A, do đó không có khộ ả ự ảnăng t ng h p và kh lipoate (B ng 1) Gen LipB có vai trò quan tr ng trong sổ ợ ử ả ọ ựphát tri n c a ể ủ B pseudomallei và t n t i thông qua màn ch n đ t bi n c a cácồ ạ ắ ộ ế ủtransposon trung gian (172) T bào có gen LipB không nguyên v n có kh năngế ẹ ảhình thành các m ng làm suy y u và không th lan r ng ra đả ế ể ộ ược, cũng nh đư ềkháng l i Hạ 202 Khi B pseudomallei th c hi n quá trình th c bào cũng nh khôngự ệ ự ư

th c bào, vi c lipoyl hóa đóng vai trò quan tr ng trong quá trình m t cân b ng oxiự ệ ọ ấ ằhóa su t chu trình n i bào và các ph n ng bi n dố ộ ả ứ ế ưỡng s c p Đ i v i chu t, cácơ ấ ố ớ ộdòng có LipB không nguyên v n sẽ suy gi m đ c tính gây h i, bi n dẹ ả ộ ạ ế ưỡng lipoate có

vai trò quan tr ng trong s phát tri n và t n t i ọ ự ể ồ ạ in vivo (172) Thay vào đó, vi khu nẩgây b nh ệ B pseudomallei b nh hị ả ưởng b i ho t tính c a LipB nh là quá trìnhở ạ ủ ưphiên mã thường xuyên c a nó, ngủ ười ta nh n th y r ng LipB đ c l p v i Damậ ấ ằ ộ ậ ớmethylase ở E coli (235).

S lố ượng l n vi khu n gây b nh ngớ ẩ ệ ở ười thu c ộ Gammaproteobacteria, g mồtác nhân gây ra b nh Legionnaires (ệ Legionella pneumophila), b nh d ch h chệ ị ạ

(Yersinia pestis), b nh t (ệ ả Vibrio cholerae), b nh ki t l (ệ ế ị Shigella dysenteriae),

nhi m trùng c h i ễ ơ ộ Pseudomonas aeruginosa, ng đ c th c ph m (ộ ộ ự ẩ Salmonella enterica và E.coli) Ph c h p lipoyl trong ứ ợ Gammaproteobacteria và trong E coli có

s tự ương đ ng v i nhau Tuy nhiên, v căn b n có s khác mhau gi a ồ ớ ề ả ự ữ P aeruginosa và L pneumophila Không gi ng nh ố ư E coli, nhi u loài có kh năng mãề ảhóa ra các ti u đ n v c a ph c h p BCDH cũng nh có ph c h p acetoinể ơ ị ủ ứ ợ ư ứ ợdehydrogenase ở P aeruginosa M t s loài có BCDH ph n ánh yêu c u dinhộ ố ả ầ

dưỡng c a chúng nh ng không ph n ánh ủ ư ả ở Gammaproteobacteria Ở L pneumophila, BCFAs là nh ng axit béo đ c tr ng và chi m s lữ ặ ư ế ố ượng l n nh tớ ấ(147) BCDH có kh năng t ng h p các primer hình thành m ch phân nhánh c aả ổ ợ ạ ủaxít béo loài này cũng nh m t s loài vi khu n khác nh ở ư ở ộ ố ẩ ư Listeria monocytogenes ( xem m c “Vi khu n gram (+)” bên dở ụ ẩ ưới), các axit béo có m chạphân nhánh nh ư Listeria monocytogenes chi m u th h n Ngế ư ế ơ ượ ạc l i, BCFA cóhàm lượng d ng v t ạ ế ở P aeruginosa (145, 146) và loài này, vai trò c a BCDHở ủ

được bi t đ n trong quá trình d hóa c a valine, isoleucine và leucine trong trungế ế ị ủgian c a chu trình TCA nh acetyl-CoA và succinyl-CoA Th t v y, nhi u gen mãủ ư ậ ậ ềhóa ra enzyme acyl-CoA dehydrogenase d ng m ch nhánh đòi h i s d hóa caoạ ạ ỏ ự ị

h n so v i amimo acid d ng m ch nhánh, đi u này đơ ớ ạ ạ ề ược tìm th y b gen c a ấ ở ộ ủ P aeruginosa nh ng không tìm th y b gen c a ư ấ ở ộ ủ L monocytogenes.

P aeruginosa có m t c ch khác nh m đi u ch nh ho t tính c a 5 ph c h pộ ơ ế ằ ề ỉ ạ ủ ứ ợlipoyl, PDH, KDH, BCDH, GCV và acetoin dehydrogenase (B ng 2), thông qua s bi uả ự ể

hi n khác nhau gi a 4 lipoamide dehydrogenase Không gi ng nh h u h t cácệ ữ ố ư ầ ế

Gammaproteobacteria, chúng thường s d ng thử ụ ường xuyên ti u đ n v E3 cho t tể ơ ị ấ

c các ph c h p lipoyl, pseudomonads bi u hi n protein E3 khác nhau tùy theoả ứ ợ ể ệ

m c đ dinh dứ ộ ưỡng trong t bào Vi c tăng cế ệ ường bi u hi n ti u đ n v E3 LPD-Valể ệ ể ơ ị

c a BCDH sẽ do valine quy đ nh Bên c nh đó, vi c bi u hi n chính th c E3 c aủ ị ạ ệ ể ệ ứ ủPDH và KDH gi đ nh, L protein c a GCV g i là LPD-Glc, tăng cả ị ủ ọ ường bi u hi n b iể ệ ởglucose (213, 214) Vai trò c a 2 lipoamide dehydrogenases v n ch a đủ ẫ ư ược bi tế

d n cho đ n hi n nay M t trế ế ệ ộ ường h p khác, LPD-3 có th thay th LPD-Glc đợ ể ế ể

t ng h p nên PDH có ch c năng hoàn ch nh (25), tổ ợ ứ ỉ ương t gi a PDH và acetoinự ữdehydrogenase, ph i có vai trò sinh lí c th sau khi hình thành ph c h p sau đó.ả ụ ể ứ ợ

Đ i v i các b nh nhi m trùng c h i, ố ớ ệ ễ ơ ộ P aeruginosa gây b nh nhi u môiệ ở ề

trường khác nhau, trong đó con người là v t ch nh ng ngậ ủ Ở ữ ười suy gi m mi nả ễ

d ch, ị P aeruginosa gây nhi m trùng ph i, nhi m trùng ng ti t ni u và t o mũễ ở ổ ễ ở ố ế ệ ạxanh v t thở ế ương ngoài M t trong các type vi khu n gây h i độ ẩ ạ ược xác đ nh là typeịIII secretion system (T3SS), nó tiêm vào v t ch ít nh t 4 lo i protein (44) Cácậ ủ ấ ạnghiên c u v đ t bi n các transposon trung gian cho bi t r ng, đó là các gen quanứ ề ộ ế ế ằ

tr ng cho vi c bi u hi n các ph n c a h th ng nh n bi t đ i v i PDH Đ t bi n ọ ệ ể ệ ầ ủ ệ ố ậ ế ố ớ ộ ế ở

gen aceA và aceB, mã hóa l n lầ ượt ra các ti u đ n v PDH E1 và E2, v căn b n sẽể ơ ị ề ảlàm gi m bi u hi n T3SS trong h th ng nuôi c y ả ể ệ ệ ố ấ in vitro (33) Các dòng P aeruginosa b đ t bi n PDH không th gây đ c trên chu t, ngị ộ ế ể ộ ộ ượ ạc l i đ i v i viố ớkhu n thu n ch ng có th s n sinh ra đ c t làm viêm nhi m ph i.ẩ ầ ủ ể ả ộ ố ễ ổ

PDH đi u hòa s bi u hi n c a T3SS b i các nhân t kích ho t phiên mã (33),ề ự ể ệ ủ ở ố ạ

gi ng nh m t s chi ố ư ộ ố Bacillus khác (xem “vi khu n gram (+)” bên dẩ ưới) (247) Cácnghiên c u v sau đ u có ý ki n chung r ng tr ng thái bi n dứ ề ề ế ằ ạ ế ưỡng c a t bào nhủ ế ả

hưởng đ n bi u hi n c a T3SS ế ể ệ ủ ở P aeruginosa (194) Khi lo i b ạ ỏ aceA thì không

th c m ng cho T3SS để ả ứ ược Ngượ ạc l i, khi t bào đi u khi n tích lũy acetyl-CoAế ề ểthông qua vi c lo i b đo n gen t ng h p citrate, ch t c m ng sẽ tăng cệ ạ ỏ ạ ổ ợ ấ ả ứ ường lên

r t nhi u (193) Khi thêm vào acetate, v n không th bi u hi n l i T3SS dòng tấ ề ẫ ể ể ệ ạ ở ếbào b đ t bi n ị ộ ế aceA, aceB (33) nh ng có th chuy n hóa ít acetate thành acetyl-ư ể ểCoA Vì v y, khi có m t acetyl-CoA hay d n xu t khác t acetyl-CoA sẽ đi u khi nậ ặ ẫ ấ ừ ề ể

s bi u hi n T3SS (193), liên k t ho t đ ng c a PDH v i s phát sinh b nh ự ể ệ ế ạ ộ ủ ớ ự ệ ở P aeruginosa.

S k t h p bi n dự ế ợ ế ưỡng lipoate v i quá tình ti t ch t đ c thớ ế ấ ộ ường g p ặ ở

Gammaproteobacteri khác Ở L pneumophila, các gen t ng h p lipoate không cùngổ ợ

n m trên gen cluster Thay vào đó, enzyme octanoyl transferase đã đằ ược gi i thíchả

rõ h th ng protein ti t X và là 1 ph n trong h th ng ti t c a gen cluster I (B ngở ệ ố ế ầ ệ ố ế ủ ả1)

Epsilonproteobacteria, ph n l n gây nhi m trùng đầ ớ ễ ường tiêu hóa d ng c ngở ạ ộsinh ho c không c ng sinh, g m nhi u loài t chi ặ ộ ồ ề ừ Helicobacter và Campylobacter Epsilonproteobacterium s ng vi hi u khí nh ố ế ư H pylori là 1 trong s vi khu n khôngố ẩ

có gen mã hóa ra ph c h p có lipoyl ho c các enzyme liên quan đ n lipoyl hóa Loàiứ ợ ặ ếnày không duy trì được chu trình TCA (86) nh ng có th s ng đi u ki n k khíư ể ố ở ề ệ ị

ho c vi hi u khí cho các ho t đ ng c a enzyme trong chu rình TCA nh KDH (105).ặ ế ạ ộ ủ ư

M t enzyme ho t đ ng khi đi u ki n k khí nh : alpha -ketoglutarateộ ạ ộ ở ề ệ ị ưoxidoreductase (KOR) t ng h p succinyl-CoA ổ ợ ở H pylori Tương t , acetyl-CoA đự ượcsinh ra b i pyruvate: flavodoxin oxidoreductase (POR) thay vì PDH (92) EnzymeởPOR được tìm th y nhi u đ ng v t nguyên sinh (152, 234) s ng đi u ki n kấ ở ề ộ ậ ố ở ề ệ ịkhí, có ho c không có s bi n dặ ự ế ưỡng lipoate, bao g m ồ Trichomonas vaginalis, Giardia lamblia, Entamoeba histolytica và Cryptosporidium parvum (xem “kh năngả

bi n dế ưỡng lipoate đ ng v t nguyên sinh” bên dở ộ ậ ưới)

Chlamydia trachomatis, vi khu n gây ra b nh đau m t h t và b nh chlamydiaẩ ệ ắ ộ ệlây qua dường tình d c, 1 trong 3 loài ụ Chlamydia là nguyên nhân thường g p gây raặcác b nh này trên ngệ ườ C pneumoniae và C psittaci cũng lây nhi m trên ngi ( ễ ười vàgây ra b nh viêm ph i cũng nh các b nh có tri u ch ng gi ng cúm) (11) ệ ổ ư ệ ệ ứ ố C trachomati là vi khu n gây b nh n i bào b t bu c, gi ng nh ẩ ệ ộ ắ ộ ố ư Rickettsia Alphaproteobacteria trên M c dù ở ặ C trachomatis và R prowazekii là 2 loài khác

nhau nh ng b gen g n nh là nh nhau, có th là do s ti n hóa đ ng quy c a cư ộ ầ ư ư ể ự ế ồ ủ ả

2 vi khu n gây b nh n i bào b t bu c này (263) C 2 vi khu n đ u mang các ti uẩ ệ ộ ắ ộ ả ẩ ề ể

đ n v c a gen PDH mã hóa ra E1alpha, E1beta, cũng nh đơ ị ủ ư ược tìm th y vi khu nấ ở ẩgram (+) (B ng 2) C 2 vi khu n đ u mã hóa ra ti u đ n v E1 và E2 c a KDH kả ả ẩ ề ể ơ ị ủ ế

ti p nhau, không gi ng nh loài ế ố ư Rickettsia, C trachomatis có ph c h p BCDH, 1 đ cứ ợ ặ

đi m khác c a ph c h p là s k t h p c a ra E1 alpha, E1beta trong protein đ nể ủ ứ ợ ự ế ợ ủ ơ

(CAX10792) C trachomatis mã hóa ra ti u đ n v E3 là c u trúc trong các ph c h pể ơ ị ấ ứ ợPDH, KDH, BCDH Gen E3 và gen t ng h p lipoate x p ch ng chéo lên nhau, có lẽ cóổ ợ ế ồ

s liên k t c a vi c t ng h p lipoate v i v i ho t tính c a 3 ph c h p lipoyl ự ế ủ ệ ổ ợ ớ ớ ạ ủ ứ ợ ở C trachomatis.

B gen c a ộ ủ C trachomatis m t nhi u GCV ngo i tr protein H d n đ n gi mấ ề ạ ừ ẫ ế ả

s lu ng gen r t nhi u trong b gen ố ọ ấ ề ộ ở C trachomatis (220), Thay vào đó, protein H

sẽ đóng vai trò bi n dế ưỡng nào đó sinh v t và đở ậ ược quan sát ở Saccharomyces cerevisiae (xem “Kh năng bi n dả ế ưỡng lipoate n m” bên dở ấ ưới) M t s vi khu nộ ố ẩgây b nh, có c vi khu n gram (+) ệ ả ẩ Enterococcus faecalis, Streptococcus pyogenes,

đ ng v t nguyên sinh ộ ậ Plasmodium falciparum, Toxoplasma gondii, Trichomonas vaginalis v n ch a có GCV hoàn thi n, nh ng m t s trẫ ư ệ ư ở ộ ố ường h p khác, protein Hợluôn luôn được gi l i ( xem “Kh năng bi n dữ ạ ả ế ưỡng c a vi khu n gram (+) và đ ngủ ẩ ộ

v t nguyên sinh” bên dậ ưới)

2 Vi khu n gram d ẩ ươ ng

Vi khu n gram dẩ ương g m có 2 ngành là, ồ Actimobacteria và Firmicutes Bộ

gene c a ủ Fimicutes thường có ít GC nh ng chúng l i r t đa d ng ư ạ ấ ạ Fimicutes đượcchia thành các l p ớ Clostridia, có nhi u loài s ng k khí, ề ố ị Bacilli, bao g m các vi khu nồ ẩ

có th s ng k khí và k khí tùy ý, và ể ố ị ị Mollicutes, có nhi u loài thi u vách t bào, baoề ế ế

g m chi ồ Mycoplasma Năm chi Fimicutes có các loài gây b nh ngệ ở ười nh chiư

Clostridium thu c l p ộ ớ Clostridia và các chi Bacillus, Listeria, Staphylococus, Streptococcus thu c l pộ ớ Bacilli Ngược l i v i ạ ớ Firmicutes, b gene c aộ ủ

Actinobacteria ch a nhi u GC và ch y u s ng hi u khí ứ ề ủ ế ố ế Actinobacteria có r t nhi uấ ềchi, trong s đó có các chi ố Mycobacterium và Corynebacterium gây b nh cho ngệ ười.Quá trình chuy n hóa lypoate ể ở Actinobacteria gi ng v i các vi khu n gram âmố ớ ẩ

có kh năng gây b nh h n ả ệ ơ Fimicutes Actinobacteria ch a c m gene mã hóa raứ ụenzyme t ng h p lypoate, gi ng nh h u h t các vi khu n gram âm Gi ng nh cácổ ợ ố ư ầ ế ẩ ố ư

vi khu n gram âm s ng n i bàoẩ ố ộ , Actinobacteria không ch a lipoate ligase , do đóứkhông b o v lipoate kh i t bào ch Ngả ệ ỏ ế ủ ượ ạc l i, các loài c a ủ Firmicutes mã hóa ít

nh t m t ho c nhi u lipoate ligase, nh ng thi u gen mã hóa cho m t quá trìnhấ ộ ặ ề ư ế ộ

t ng h p lipoate hoàn ch nh (B ng 3) ổ ợ ỉ ả Firmicutes bacillus anthracis và Staphilococcus aureus th c hi n mã hóa các gen tr c giao lipoate synthase; tuyự ệ ựnhiên quá trình chuy n hóa octanoyl nh octanyl transferase không để ờ ược tìm th yấ

c 2 loài Đi m khác nhau th hai gi a các ngành vi khu n gram d ng đ c

quan sát trong các c u trúc c a ti u đ n v E1 PDH và protein P c a GCV Gi ngấ ủ ể ơ ị ở ủ ố

nh h u h t các vi khu n gram âm, ư ầ ế ẩ Actinobacteria bi u hi n ti u đ n v E1 anphaể ệ ể ơ ị

và bêta nh m t polypeptit đ n t m t gen c u trúc, tuy nhiên chúng không cânư ộ ơ ừ ộ ấ

b ng trong vi c mã hóa ti u đ n v E1, E2 và E3 PDH vì các gen cách nhau khá xa,ằ ệ ể ơ ị ởthay vì t p trung thành c m gen Ngậ ụ ượ ạ Firmicutes mã hóa ti u đ n v E1 anphac l i, ể ơ ị

và bêta c a PDH nh hai gen, tủ ư ương t nh trự ư ường h p c a sinh v t nhân chu n.ợ ủ ậ ẩ(B ng 4) ả Firmicutes cũng bi u hi n protein P c a GCV, tể ệ ủ ương t v i ti u đ n v E1ự ớ ể ơ ị

c a ph c h p anpha-ketoacid dehydrogenase là hai polypeptide, kí hi u P1 và P2.ủ ứ ợ ệ

Corynebacterium diphtheria, Mycobacterium tuberculosis và Mycobacterium leprae là vi khu n hi u khí, s ng n i bào Chúng không ch a gen mã hóa ra enzymeẩ ế ố ộ ứlipoate ligase và ph thu c vào t ng h p lipoate, tụ ộ ổ ợ ương t v i các loài vi khu nự ớ ẩgram âm s ng n i bào khác nh Bố ộ ư pseudômallei và N meningitidis Actinobacteria

cũng gi ng m t s vi khu n gram âm vi c mã hóa các ti u đ n v E1c a PDH vàố ộ ố ẩ ở ệ ể ơ ị ủprotein P c a GCV nh là m t chu i polypeptide đ n Tuy nhiên, chúng không cânủ ư ộ ỗ ơ

b ng do thi u KDH (b ng 4)ằ ế ả

B ng ch ng th c nghi m v s t n t i và ho t đ ng c a ph c lipolates ằ ứ ự ệ ề ự ồ ạ ạ ộ ủ ứ ở

M.tuberculosis nêu b t nh ng khó khăn trong vi c d đoán s trao đ i ch t vi sinhậ ữ ệ ự ự ổ ấ

v t t d li u gen ậ ừ ữ ệ M tuberculosis d đoán mã hóa E1 (pdhB [CAB08929]), E1ự α β

thêm m t ti u đ n v PDH E1 (aceEA94662]), các ti u đ n v KDH E1 và E2 (sucAộ ể ơ ị ể ơ ị[CAA15904] và sucB [CAA94256]), các protein P, T và H c a m t GCV, và baủ ộ enzyme

tương đ ngồ lipoamide dehydrogenase (LPDA [CAA17075], lpdB [CAE55324], vàlpdC [CAA17417]) M c dù t th c nghi m trên, ặ ừ ự ệ M Tuberculosis, các nhà khoa h cọ

d đoán sẽ có ba ph c protein lipoylated, nh ng ch các s n ph m protein c a genự ứ ư ỉ ả ẩ ủsucB (CAA94256) đã được phát hi n (24) Các nghiên c u sau đó đã ch ra r ngệ ứ ỉ ằprotein này t o thành m t ph c h p PDH có ch c năng v i AceE và LpdC và s nạ ộ ứ ợ ứ ớ ả

ph m c a gen sucB có enzyme dihydrolipoamide acetyltransferase, không cóẩ ủsuccinyltransferase dihydrolipoamide (229) Nh v y, nó đã đư ậ ược đ i tên thànhổDlaT Các gi đ nh ti u đ n v E1 KDH, SucA (CAA15904) tả ị ể ơ ị ương đ ng v i c haiồ ớ ả

ti u đ n v E1 và E2 c a KDH nh ng nó là m t decarboxylase -ketoglutarateể ơ ị ủ ư ộ α(228) Enzyme này tương tác v i m t enzyme khác là succinic semialdehydeớ ộdehydrogenase đ hình thành con để ường chuy n hóa t o ra succinate t -ể ạ ừ αketoglutarate C ả C diphtheriae và M leprae đ u mang m t gen sucA có th liên k tề ộ ể ế

v i gen ớ M tuberculosis, ch ra s m t đi c a KDH và s hi n di n c a m t ỉ ự ấ ủ ự ệ ệ ủ ộ ketoglutarate decarboxylase mang tính b o t n trong ả ồ Actinobacteria.

α-Ch c năng c a operon PDH gi đ nh ứ ủ ả ị ở M tuberculosis v n ch a đẫ ư ược tìm

hi u: không phát hi n ra ph c h p protein lipoylated khi trong d ch ly gi i t bàoể ệ ứ ợ ị ả ế

ho c ch c năng PDH trong các th nghi m v protein tái t h p (229).Đáng chú ýặ ứ ử ệ ề ổ ợ

là c m gen tụ ương t không xu t hi n trong ự ấ ệ C diphtheriae và M leprae (B ng 4).ả

M t gi thuy t r ng các gen này có th đóng m t vai trò trong duy trì s t n t iộ ả ế ằ ể ộ ự ồ ạ

c a vi khu n ủ ẩ in vivo, nh pdhA, pdhB, và pdhC đư ược tăng cường đi u ch nh b i môề ỉ ởhình n đ nh thi u ch t dinh dổ ị ế ấ ưỡng thường

D đoán di truy n c a ba gen mã hóa ra lipoamide dehydrogenase ự ề ủ ở M tuberculosis b l m l n; trong s các b n sao cùng ngu n g c này, ch LpdC, đị ầ ẫ ố ả ồ ố ỉ ượctìm th y trong ph c h p PDH ch c năng, đang ho t đ ng (7, 8) Đi u này tráiấ ứ ợ ứ ạ ộ ề

ngược v i các loài vi khu n khác có nhi u các gen b n sao E3, nh ớ ẩ ề ả ư P aeruginosa,

trong đó m i gen E3 gi đ nh mã hóa m t enzyme có ch c năng ho t hóa trongỗ ả ị ộ ứ ạ

ph c h p lipoylated c th Trong các loài, các b n sao E3 thứ ợ ụ ể ả ường xuyên k t c mế ụ

v i ti u đ n v khác c a ph c h p lipoylated (B ng 4); Ngớ ể ơ ị ủ ứ ợ ả ượ ạc l i, LpdC c a ủ M.