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

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA SINH HỌC-CÔNG NGHỆ SINH HỌC CHUYỂN HÓA SINH HỌC VÀ CÁC SẢN PHẨM TRAO ĐỔI CHẤT ACID LIPOIC GDHD: TS Nguyễn Thị Mỹ Lan TS Nguyễn Thị Thanh Kiều NỘI DUNG I TỔNG QUAN VỀ LIPOATE Lipoate Cấu trúc phức hợp lipoated II LIPOATE TRONG XÚC TÁC III CƠ CHẾ LIPOYL HÓA Tổng hợp lipoate Khử lipoate Tách lipoate IV LIPOATE LÀ CHẤT CHỐNG OXY HÓA V CHUYỂN HÓA LIPOATE Ở VI KHUẨN Vi khuẩn Gram âm Vi khuẩn Gram dương VI CHUYỂN HÓA LIPOATE Ở NẤM VII CHUYỂN HÓA LIPOATE Ở ĐỘNG VẬT NGUYÊN SINH TỔNG QUAN VỀ LIPOATE Lipoate - Là cofactor organosulfur, cần cho phức hợp enzyme trình oxy hóa chuyển hóa carbon - Dạng đồng phân lập thể R dạng có hoạt tính sinh học (A) Lipoamide - dạng oxy hóa cofactor lipoyl (B) Dihydrolipoamide - dạng khử cofactor lipoyl (C) TỔNG QUAN VỀ LIPOATE - Yếu tố kích thích tăng trưởng vi khuẩn axit lactic (ARF – yếu tố thay acetate) - Giúp S faecalis oxy hóa pyruvate (POF – nhân tố oxy hóa pyruvate) Giúp Butyribacterium rettgeri sử dụng lactate làm chất (nhân tố BR) Tan dầu, tham gia vào trình đồng hóa axit béo Các sinh vật tự tổng hợp lipoate từ chất tiền thân axit octanoic (axit caprylic) TỔNG QUAN VỀ LIPOATE Các phức hợp đa enzyme phụ thuộc vào lipoate TỔNG QUAN VỀ LIPOATE Cấu trúc phức hợp lipoated - Các phức hợp α-ketoacid dehydrogenase acetoin dehydrogenase: + Lõi trimers E2 xếp cho vùng lipoyl hóa lộ mặt phức hợp để tương tác với tiểu đơn vị ngoại vi E1 E3 + Dimeric E1 (hoặc heterotetrameric α2β2 E1) dimeric E3 xếp xung quanh lõi E2 + E1 PDH hầu hết vi khuẩn Gram âm tất KDH homodimeric (α2), E1 PDH vi khuẩn Gram dương tất BCDH AoDH heterotetramers (α2β2) + E1 chứa hai cofactor thiamine pyrophosphate (TPP) hoạt động thuận nghịch xúc tác TỔNG QUAN VỀ LIPOATE - Phức hợp glycine cleavage (GCV): tiểu đơn vị protein GCV không hình thành phức hợp ổn định mà lại hoạt động protein độc lập gồm: + Protein P (protein chứa pyridoxal phosphat) + Protein H (protein vận chuyển hydrogen) + Protein T (protein chứa tetrahydrofolate) + Protein L (lipoamide dehydrogenase) LIPOATE TRONG XÚC TÁC Cơ chế xúc tác - Các phức hợp α-ketoacid dehydrogenase: • E1: khử carbon α-ketoacids => acylates + giải phóng CO2 • E2: chuyển acyl từ dihydrolipoamide đến coenzyme A => acyl-CoA • E3: oxy hóa dihydrolipoamide => lipoamide - Phức hợp AoDH: chế phản ứng tương tự phức α-ketoacid dehydrogenase, chất acetoin (3-hydroxy-2butanone) giải phóng acetaldehyde - Phức hợp GCV: • Protein P xúc tác phản ứng khử carboxyl glycine • Methyleneamine gắn đồng hóa trị với dihydrolipoamide trên protein H • Protein T xúc tác giải phóng NH3 từ methyleneamine và chuyển đổi nhóm methylene từ THF => 5,10CH2-THF • Protein L xúc tác trình oxy hóa hai electron dihydrolipoamide => lipoamide CƠ CHẾ LIPOYL HÓA chế biến đổi sau dịch mã protein lipoate là: Tổng hợp lipoate • Hình thành lipoate bám protein từ tiền chất octanoyl E coli có đường tổng hợp khử lipoate xảy độc lập v Khử lipoate • Gắn lipoate tự vào protein mục tiêu Tổng hợp lipoate LipB Octanoyl transferase EC 2.3.1.181 Bước 1: LipB chuyển nhóm octanoyl từ protein mang octanoyl acyl EC 2.8.1.8 (octanoyl-ACP) sang apoprotein không sử dụng octanoate làm chất nên phải nhờ fatty acid synthase loại II tổng hợp octanoyl-ACP Bước 2: nguyên tử S thêm vào LipA, hình thành dithiolane lipoate Lipoate synthase LipA 10 Chuyển hóa lipoate nấm 32 SỰ CHUYỂN HÓA LIPOATE Ở ĐỘNG VẬT NGUYÊN SINH 33 CHUYỂN CHUYỂN HÓA HÓA LIPOATE LIPOATE Ở Ở ĐỘNG ĐỘNG VẬT VẬT NGUYÊN NGUYÊN SINH SINH Apicomplexans Apicomplexans Plasmodium falciparum Toxoplasma gondii Cryptossdporidium parvum Phức Phức hợp hợp lipoyl lipoyl Cơ Cơ chế chế Lipoy Lipoy hóa hóa Đã giải trình tự Tập trung vào lipoyl hóa P falciparum T gondii, hai apicomplexans chuyển hóa lipoate nghiên cứu thực nghiệm Kinetoplastids Kinetoplastids Plasmodium falciparum Toxoplasma gondii Cryptossdporidium parvum Phức Phức hợp hợp Lipoyl Lipoyl Metamonada Metamonada Amoebozoa Amoebozoa 34 CHUYỂN CHUYỂN HÓA HÓA LIPOATE LIPOATE Ở Ở ĐỘNG ĐỘNG VẬT VẬT NGUYÊN NGUYÊN SINH SINH Apicomplexans Apicomplexans Phức Phức hợp hợp lipoyl lipoyl Cơ Cơ chế chế Lipoy Lipoy hóa hóa Kinetoplastids Kinetoplastids Phức Phức hợp hợp Lipoyl Lipoyl Metamonada Metamonada Amoebozoa Amoebozoa 35 CHUYỂN CHUYỂN HÓA HÓA LIPOATE LIPOATE Ở Ở ĐỘNG ĐỘNG VẬT VẬT NGUYÊN NGUYÊN SINH SINH Bốn phức hợp protein lipoylated tìm thấy P Apicomplexans Apicomplexans falciparum phân chia ty thể apicoplast Phức Phức hợp hợp lipoyl lipoyl Plasmodium falciparum Protein E1α E1β PDH P falciparum định vị chuyên biệt bào quan apicoplast Các apicoplast chứa E3 dihydrolipoamide dehydrogenase, cho dành riêng cho phức hợp PDH Cơ Cơ chế chế Lipoy Lipoy hóa hóa Kinetoplastids Kinetoplastids • Có nhiều đặc điểm tương tự với quan sát prokaryote,đặc biệt vi khuẩn Gram dương • Các tiểu đơn vị E1 PDH BCDH cấu tạo từ E1α E1β protein dạng heterotetramers • Các KDH E1 sản xuất loại protein đơn homodimeric • Các protein E2 KDH BCDH có vùng lipoyl nhất, PDH có hai vùng lipoyl chứng minh có hoạt tính xúc tác Phức Phức hợp hợp Lipoyl Lipoyl • Một đặc điểm bất thường phức hợp protein lipoylated P falciparum thiếu protein P xác định GCV • Các thành phần protein T H loại protein P khác loài chưa xác định Metamonada Metamonada Amoebozoa Amoebozoa 36 CHUYỂN CHUYỂN HÓA HÓA LIPOATE LIPOATE Ở Ở ĐỘNG ĐỘNG VẬT VẬT NGUYÊN NGUYÊN SINH SINH Apicomplexans Apicomplexans Phức Phức hợp hợp lipoyl lipoyl Cơ Cơ chế chế Lipoy Lipoy hóa hóa Kinetoplastids Kinetoplastids Phức Phức hợp hợp Lipoyl Lipoyl Metamonada Metamonada Amoebozoa Amoebozoa 37 CHUYỂN CHUYỂN HÓA HÓA LIPOATE LIPOATE Ở Ở ĐỘNG ĐỘNG VẬT VẬT NGUYÊN NGUYÊN SINH SINH Apicomplexans Apicomplexans Phức Phức hợp hợp lipoyl lipoyl Cơ Cơ chế chế Lipoy Lipoy hóa hóa Kinetoplastids Kinetoplastids Phức Phức hợp hợp Lipoyl Lipoyl Metamonada Metamonada Amoebozoa Amoebozoa 38 CHUYỂN CHUYỂN HÓA HÓA LIPOATE LIPOATE Ở Ở ĐỘNG ĐỘNG VẬT VẬT NGUYÊN NGUYÊN SINH SINH Plasmodium falciparum Apicomplexans Apicomplexans Ký sinh trùng sốt rét mã hóa enzyme cần thiết cho việc thu lượm tổng hợp lipoate: ortholog đơn lipoate synthaseở E.coli (LipA), octanoyl transferase (LipB) hai ortholog lipoate ligase Phức Phức hợp hợp lipoyl lipoyl Enzyme LipA LipB P falciparum (PfLipA PfLipB) bổ sung chức cho chủng mà gene ortholog với E.coli chúng bị gián đoạn => tổng hợp lipoate Cơ Cơ chế chế Lipoy Lipoy hóa hóa +Cả enzyme mã hóa nhân chứa peptide mục tiêu đuôi Kinetoplastids Kinetoplastids amino với cấu trúc bắt buộc để nhập vào apicoplast +peptide mục tiêu PfLipA nhắm protein thị đến ngăn khác ty Tổng hợp lypoate apicoplast thể Phức Phức hợp hợp Lipoyl Lipoyl +apicoplast chứa enzyme sunthase acid béo loại II dự đoán sản xuất octanoyl-ACP chất PfLipB Metamonada Metamonada Amoebozoa Amoebozoa 39 CHUYỂN CHUYỂN HÓA HÓA LIPOATE LIPOATE Ở Ở ĐỘNG ĐỘNG VẬT VẬT NGUYÊN NGUYÊN SINH SINH Plasmodium falciparum Apicomplexans Apicomplexans Quá trình thu enzyme lipoate ligase P falciparum khác khác (15% bp tương ứng) có tương đồng có ý nghĩa với LplA E.coli nên Phức Phức hợp hợp lipoyl lipoyl đặt tên PfLipL1 Pf LipL2 nhặt lipoate diễn ty thể enzyme bổ sung chức cho LplA chủng có gene bị gián đoạn Cơ Cơ chế chế Lipoy Lipoy hóa hóa PfLipL2 nằm Apicoplast ty thể Kinetoplastids Kinetoplastids Điều trị: 8-bromooctanoic (8-BrO) tương tự lipoate cản liên kết [ 35 S]lipoate thu nhặt dẫn đến ức chế tăng trưởng Phức Phức hợp hợp Lipoyl Lipoyl Toxoplasma gondii Có chế tương tự P falciparum Metamonada Metamonada Amoebozoa Amoebozoa 40 CHUYỂN CHUYỂN HÓA HÓA LIPOATE LIPOATE Ở Ở ĐỘNG ĐỘNG VẬT VẬT NGUYÊN NGUYÊN SINH SINH Nhiều nhóm gây bệnh nhiệt đới Apicomplexans Apicomplexans - Trypanosoma brucei, tác nhân gây bệnh ngủ châu Phi - Trypanosoma cruzi, ký sinh trùng gây bệnh Chagas - Leishmania major, đại diện yếu tố gây bệnh leishmaniasis da Phức Phức hợp hợp lipoyl lipoyl Tương tự thành phần gen, thứ tự gen, trình sinh học Cơ Cơ chế chế Lipoy Lipoy hóa hóa Kinetoplastids Kinetoplastids Phức Phức hợp hợp Lipoyl Lipoyl Metamonada Metamonada Amoebozoa Amoebozoa CHUYỂN CHUYỂN HÓA HÓA LIPOATE LIPOATE Ở Ở ĐỘNG ĐỘNG VẬT VẬT NGUYÊN NGUYÊN SINH SINH Biểu phức hợp lipoylated T brucei khác hai giai đoạn chu kỳ sống Apicomplexans Apicomplexans Bloodstream (BSF-bloodstream Procyclic (PCF-procylic form), form) Glucose Proline Địa điểm trao đổi chất lipoate: ty thể threonine Các chức trao đổi chất ty thể bị giảm BSF Phức Phức hợp hợp lipoyl lipoyl Các hoạt động enzyme chu trình TCA, BSF bao gồm KDH Cơ Cơ chế chế Lipoy Lipoy hóa hóa Cấu tạo phức KDH PDH giai đoạn PCF T brucei kiểm tra phương pháp proteomic Kinetoplastids Kinetoplastids Vai trò α-ketoacid dehydrogenases giảm đáng kể BSF, giai đoạn có Phức Phức hợp hợp Lipoyl Lipoyl DLDH liên kết riêng với bên màng plasma, đóng vai trò lượng lớn glucose hỗ trợ tăng trưởng gd Metamonada Metamonada Amoebozoa Amoebozoa PCF CHUYỂN CHUYỂN HÓA HÓA LIPOATE LIPOATE Ở Ở ĐỘNG ĐỘNG VẬT VẬT NGUYÊN NGUYÊN SINH SINH Mã hóa orthologs PDH, KDH, BCDH, protein GCV Apicomplexans Apicomplexans  Giống T brucei T cruzi Chức Phức Phức hợp hợp lipoyl lipoyl Cơ Cơ chế chế Lipoy Lipoy hóa hóa Leishmania major Kinetoplastids Kinetoplastids Phức Phức hợp hợp Lipoyl Lipoyl Metamonada Metamonada Amoebozoa Amoebozoa 43 CHUYỂN CHUYỂN HÓA HÓA LIPOATE LIPOATE Ở Ở ĐỘNG ĐỘNG VẬT VẬT NGUYÊN NGUYÊN SINH SINH T vaginalis loài mã hóa enzym lipoate ligase tham gia vào trình chuyển hóa lipoate Apicomplexans Apicomplexans Sống kỵ khí, T vaginalis không chứa PDH KDH dựa pyruvate: ferredoxin oxidoreductase để sản xuất acetyl-CoA Phức Phức hợp hợp lipoyl lipoyl Cơ Cơ chế chế Lipoy Lipoy hóa hóa Kinetoplastids Kinetoplastids Phức Phức hợp hợp Lipoyl Lipoyl Metamonada Metamonada Amoebozoa Amoebozoa Kết luận • Sự chuyển hóa Lipoate tìm thấy hầu hết vi khuẩn, nấm ký sinh trùng gây bệnh Những sinh vật có lipoate thông qua tổng hợp de novo thu nhặt từ môi trường • Các thành phần chức phức hợp protein lipoyl khác đáng kể vi khuẩn gây bệnh 45 Kết luận + Nhiều vi khuẩn mầm bệnh có nhiều tiểu đơn vị E3 dihydrolipoamide dehydrogenase + Các gen mã hóa cho enzyme lipoyl hóa LplA, LipB, LipA thường tìm thấy bên cạnh gen chuyển hóa lipoate khác + Nhiều vi khuẩn mầm bệnh chứa GCV không đầy đủ, sinh vật luôn giữ protein H + Gen nhân đôi, chẳng hạn gen paralog KDH E1 bảo tồn ký sinh trùng kinetoplastid, có chức phục vụ để điều chỉnh hoạt động phức hợp protein chia sẻ +Protein Lipoylated tới hạn cho phát triển tồn vi khuẩn mầm bệnh in vivo, bỏ qua cho phát triển in vitro 46 ... LIPOYL HÓA Tổng hợp lipoate Khử lipoate Tách lipoate IV LIPOATE LÀ CHẤT CHỐNG OXY HÓA V CHUYỂN HÓA LIPOATE Ở VI KHUẨN Vi khuẩn Gram âm Vi khuẩn Gram dương VI CHUYỂN HÓA LIPOATE Ở NẤM VII CHUYỂN HÓA... dụng lipoate tự chất BCDH có vai trò tổng hợp acid béo phân nhánh (BCFAs), chất chuyển hóa sản xuất PDH GCV lấy từ tế bào chủ • Các protein H (231) E2 PDH xác định protein tiết cách độc lập nhờ... acetyl-CoA từ nhiều nguồn :dị hóa acid amin, PDH bypass pathway, oxy hóa beta axit béo , trình tổng hợp lipoate kích hoạt PDH KDH 29 Chuyển hóa lipoate nấm • Sự điều chỉnh trao đổi chất Trong nấm men: