大肠杆菌丙酮酸脱氢酶复合物的作用机制

The Pyruvate Dehydrogenase Complex (PDC) catalyzes the oxidative decarboxylation of pyruvate, generating acyl-coenzyme A. This rate-limiting reaction has a pivotal role in the energy metablism of cell. The interactions between three components of PDC: pyruvate dehydrogenase (E1), dihydrolipoamide acetyltransferase (E2) and dihydrolipoamide dehydrogenase (E3) is still not clear. Early studies showed that the N-terminal domain of E1 component bound to the peripheral subunit binding domain of E2 component and the latter bound to E3, too. Using Nuclear Magnetic Resonance, we will determine the structure of the N-terminal domain with the peripheral subunit binding domain and the structure of the peripheral subunit binding domain with E3 to build the structural model of E1, E2 and E3 interactions. This application is important both with regard to the mechanistic details of E1, E2 and E3 interactions, but is also relevant for the mechanism of other thiamine-based enzymes.

丙酮酸脱氢酶复合体催化糖酵解途径限速步骤丙酮酸的脱羧氧化，生成乙酰辅酶A，在细胞能量代谢中的作用至关重要。目前，其三个组成酶，丙酮酸脱氢酶(E1)、二氢硫辛酸乙酰转移酶(E2)和二氢硫辛酸脱氢酶(E3)间的相互作用机制还不清楚。前期研究表明，E1的N末端结构域和E2的亚基结合结构域结合，而后者又与E3结合。本申请拟采用核磁共振技术来测定大肠杆菌N末端结构域和亚基结合结构域复合物以及后者和E3复合物的结构，确定大肠杆菌E1、E2和E3相互作用的结构模型。本申请对阐明大肠杆菌丙酮酸脱氢酶的作用机制有重要意义，同时也为其他以硫胺素为辅酶的酶的作用机制研究奠定基础。

丙酮酸脱氢酶复合体（PDC, Pyruvate Dehydrogenase Complex）催化丙酮酸不可逆的氧化脱羧生成乙酰辅酶A。该复合体是糖酵解的关键限速酶，产物乙酰辅酶A进入三羧酸循环和氧化磷酸化进行最终氧化。丙酮酸脱氢酶复合体由三个酶丙酮酸脱氢酶(E1)、二氢硫辛酸乙酰转移酶(E2)和二氢硫辛酸脱氢酶(E3)组成，在细胞能量代谢调控中的作用至关重要。目前对这三个组份间的协同互作机制尚不清楚。目前已知大肠杆菌E1的NTD对于整个丙酮酸脱氢酶复合体的活性以及E1和E2之间的结合非常重要，本研究利用pulldown和ITC等办法对NTD的几种截短突变进行了结合活性分析，确定了NTD的影响全酶活性的关键区域和与E2的结合对象，随后又利用核磁共振解析了NTD、NTD-PSBD及NTD-E3复合体的结构，并由此明确了E1、E2及E3之间的互作为一种分子间的互作模式，为阐明大肠杆菌丙酮酸脱氢酶的作用机制奠定基础，而且这些作用机制也对其他以硫胺素为辅酶的酶的作用机制研究有重要意义。