丙酮酸脱氢酶复合体

丙酮酸脱氢酶复合体（英语：Pyruvate dehydrogenase complex；PDH complex；PDC；也称为丙酮酸脱氢酶复合物）是生物体内催化丙酮酸转变成乙醘辅酶A之反应的三种酶及五种辅酶的组合。

此复合物所参与的反应名称是丙酮酸脱羧，是连结糖酵解作用（最终产物为丙酮酸）与柠檬酸循环（起始反应物为乙醘辅酶A）的一连串化学反应，所有反应都是在丙酮酸脱氢酶复合物的表面以内进行。

除此之外，此复合物也是生物体内另外两种酶复合物的原型，分别是参与柠檬酸循环的α-酮基戊二酸复合物（α-ketoglutarate dehydrogenase complex），以及参与一些氨基酸氧化路径的支链 α-酮酸脱氢酶复合物（Branched-chain α-keto acid dehydrogenase complex）。而且因为这些复合物都包含一些属于维生素B群的化学物质，因此缺乏维生素B会造成众多疾病，例如脚气病。

反应

丙酮酸	丙酮酸脱氢酶复合体		乙酰辅酶A
	CoA-SH + NAD+	CO2 + NADH + H+

组成

对真核生物来说，组成丙酮酸脱氢酶复合物的三种酶及五种辅酶皆位在线粒体中；对原核生物来说，则是位在细胞质里。这些酶除了组合在一起之外，还能够重复地组成更大的蛋白质群。

组成丙酮酸脱氢酶复合物的三种酶分别是：

中文名称	英文名称	常用缩写	基因位置
丙酮酸脱氢酶	Pyruvate dehydrogenase	A或E1	X染色体 p22.1
二氢硫辛酰基乙酰基转基酶	Dihydrolipoyl transacetylase	B或E2	11号染色体 q23.1
二氢硫辛酰胺脱氢酶	Dihydrolipoyl dehydrogenase	C或E3	7号染色体 q31-q32

五种辅酶则是：

中文名称	英文名称	常用缩写	作用位置
硫胺素焦磷酸	Thiamine pyrophosphate	TPP	E1的辅成基（主要作用的所在位置）
辅酶A	Coenzyme A	CoA	在E2中作用。
硫辛酸	Lipoic acid或Lipoate		与E2上的赖氨酸结合成硫辛酰胺辅成基。
黄素腺嘌呤二核苷酸	Flavin adenine dinucleotide	FAD	E3的辅成基。
烟碱胺腺呤双核苷酸	Nicotinamide adenine dinucleotide	NAD	在E3中作用。

硫胺素焦磷酸（TPP）位在在E1的激活位置上，其主要构造是噻唑环（thiazole ring），组成TPP的必要物质是硫胺素（也就是维生素B₁）。

E2含有三种功能不同的区域，第一个区域称为硫辛酰区（Lipoyl domain），位在E2蛋白质的氨基端（N-terminal）上。硫辛酸形成的硫辛酰基（Lipoyl group）与赖氨酸形成的赖氨酸残基（residue）会组成硫辛酰基赖氨酸，是E2的辅成基。这个区的数目在依照物种的不同而有变异。第二个区域是负责E2与E3、以及E2与E1之间连结的区域，称为连接区（Binding domain）。第三个区域最靠近复合物内部，称为乙酰基转移酶区（acyltransferase domain），能使乙酰基转移。不同区域之间会相隔20到30个不等的氨基酸。

E3上则有黄素腺嘌呤双核苷酸（FAD），而组成FAD的主要物质，是核黄素（维生素B₂）。另外NAD中含有烟酸（维生素B₃），CoA的组成物之一则是泛酸（Pantothenate；维生素B₅）。

整体结构

哺乳类动物体内的丙酮酸脱氢酶复合物直径大小，大约是50奈米，约是核糖体的5倍大，可以在电子显微镜下直接观察其外观。分析电子显微镜照片与晶体衍射的结果，可以得出一个模型，模型显示在复合体的外围是E1，内部则是E2与E3。E2的形状为五角十二面体，直径大约25奈米。在牛科动物细胞里是以60个单位来组成一个核心；在大肠杆菌中则是以24个E2单位组成。另外大大肠杆菌杆菌的丙酮酸脱氢酶复合物重量大约是4600kdal。

反应过程

丙酮酸脱氢酶复合体的反应综述图解（R=H时为丙酮酸）。

在复合物内进行的脱羧作用主要可分为5个步骤，丙酮酸与乙醘辅酶A的中间物在复合物里的移动过程，大致依照E1、E2的顺序，E3则没有直接与中间物接触。其中丙酮酸是在第一个步骤（E1中）加入反应，乙醘辅酶A是在第三个步骤（E2中）中生成。

A.在第一个步骤中，丙酮酸上的羧基会形成二氧化碳然后释出；中间的碳原子则会与E1中的TPP结合形成羟乙基TPP（Hydroxyethyl TPP），对丙酮酸来说是个氧化反应。这个步骤是所有步骤中最慢的一个，因此决定了整个反应的速率。

B.接下来TPP会将羟乙基带入第二个步骤，TPP本身则留在E1中继续作用。羟乙基氧化之后变成乙酰基，并进入E2，与硫辛酰基上的其中一个硫原子结合，已经氧化过的硫辛酰基赖氨酸与乙酰基结合，成为酰基硫辛酰基赖氨酸（Acyl lipoyllysine）。

C.第三个步骤在E2进行，酰基硫辛酰基赖氨酸会与辅酶A进行反应，此反应会使硫辛酰基赖氨酸还原，并释出乙酰辅酶A。硫辛酰基赖氨酸则经过下一步骤的氧化之后回到第二步骤作反应。

D.第四个步骤中，E3的辅成基FAD会使上一步骤中还原的硫辛酰基赖氨酸再度氧化，以回到第二步骤；而FAD经过反应之后，会变成FADH₂。

E.最后FADH₂与NAD⁺反应而氧化成FAD，回到第四步骤。NAD⁺则还原成NADH，并且放出一个氢离子。

调控

丙酮酸脱氢酶复合体会受到三种方式调控，第一种称为产物抑制，也就是复合物所催化生成的产物乙酰辅酶A与NADH，能够抑制复合物的作用能力。其中乙酰辅酶A抑制的对象是E2，NADH则是抑制E3。除此之外，这两种抑制物氧化之后生成的辅酶A与NAD⁺，则能够促进复合物的作用。第二种调控方式是由核苷酸来执行，例如GTP有抑制作用，AMP则有促进作用。

第三种称为共价修饰作用，当E1中的丝氨酸残基被ATP磷酸酯化之后，复合物会失去活性；反之如果磷酸酯化产生的磷酸酯基被水解掉，则复合物会再度激活。另外磷酸酯化作用本身又受到丙酮酸的抑制；并且当ATP/ADP、乙酰辅酶A／辅酶A，以及NADH/NAD⁺的比值高时，将有促进磷酸酯化的效果。

参见

• 丙酮酸脱氢酶缺乏症（英语：Pyruvate dehydrogenase deficiency）
• 脚气病
• 童年期脑脊髓病变（英语：Leigh's disease）

参考文献

• （英文）David L. Nelson & Michael M. cox. Lehinger. Principles of Biochemistry. 4th edition. Freeman. ISBN 0-7167-4339-6.
• （中文）Lubert Stryer原著；曾国辉编译。《大学生物化学》。艺轩图书出版。ISBN 957-616-120-7。

外部链接

• （中文）荣总人电子周报 Leigh氏童年期脑脊髓病变
• （英文）Pyruvate Dehydrogenase & Krebs Cycle