Dekarboksilacija

A Dekarboksilacija na splošno predstavlja cepitev ogljikovega dioksida iz organske kisline, pri karboksilnih kislinah pa cepitev poteka zelo dobro s segrevanjem in encimskimi reakcijami. Oksidativna dekarboksilacija igra še posebej pomembno vlogo, kar vodi v acetil-CoA v organizmu, ko se pruvat razgradi, in do sukcinil-CoA, ko se razgradi α-ketoglutarat.

Kaj je dekarboksilacija?

Dekarboksilacija igra pomembno vlogo pri presnovi. Izraz dekarboksilacija opisuje cepitev ogljikovega dioksida iz organskih molekul. Znotraj molekule že obstaja tako imenovana karboksilna skupina, ki se lahko odcepi z delovanjem toplote ali encimskih reakcij.

Karboksilna skupina vsebuje ogljikov atom, ki je z dvojno vezjo povezan z atomom kisika, v hidroksilno skupino pa z eno vezjo.Karboksilna skupina se po cepljenju ogljikovega dioksida nadomesti z vodikovim atomom hidroksilne skupine. Na primer, karboksilne kisline se pretvorijo v ogljikovodike.

Ko se ogljikovi hidrati, maščobe in beljakovine porušijo, celotno ravnovesje kataboličnega metabolizma ustvari ogljikov dioksid, vodo in energijo. Sproščena energija se začasno shrani v obliki ATP in ponovno uporabi za biološko delo, proizvodnjo toplote ali za izgradnjo telesu lastnih snovi. Dekarboksilacije piruvata in α-ketoglutarata so pri presnovi izjemnega pomena.

Funkcija in naloga

Dekarboksilacija poteka v človeškem organizmu nenehno. Pomemben substrat je piruvat, ki ga dekarboksiliramo s pomočjo tiamin pirofosfata (TPP). Tako nastane hidroksietil TPP (hidroksietil tiamin pirofosfat) in ogljikov dioksid. Encim, odgovoren za to reakcijo, je komponenta piruvat dehidrogenaze (E1).

Tiamin pirofosfat je derivat vitamina B1. Nastali hidroksietilni TPP kompleks reagira z amidom lipojske kisline, da tvori acetil dihidroliponamid. Tiamin pirofosfat (TPP) se ponovno tvori nazaj. Za to reakcijo je odgovorna tudi komponenta piruvat dehidrogenaze.

V nadaljnjem koraku acetil dihidroliponamid reagira s koencimom A in tvori acetil CoA. Za to reakcijo je odgovoren encim dihidrolipoil transacetilaza (E2). Acetil-CoA predstavlja tako imenovano aktivirano ocetno kislino. Ta spojina teče v ciklu citronske kisline kot substrat in je pomemben presnovek tako za anabolični kot katabolični metabolizem. izveden.

Presnov, ki že prihaja iz cikla citronske kisline, je α-ketoglutarat. Similar-Ketoglutarat se tudi pretvori s podobnimi reakcijami z izločanjem ogljikovega dioksida. Ustvarjen je končni izdelek sukcinil-CoA. Sukcinil-CoA je vmesni izdelek v številnih presnovnih procesih. Še naprej se bo izvajal v okviru cikla citronske kisline. Številne aminokisline vstopijo v cikel citronske kisline le skozi vmesni stopnji sukcinil-CoA. Na ta način se aminokisline valin, metionin, treonin ali izolevcin vključijo v splošne presnovne procese.

Na splošno se reakcije dekarboksilacije piruvata in α-ketoglutarata nahajajo na meji med anaboličnimi in kataboličnimi presnovnimi procesi. Za presnovo so osrednjega pomena. Hkrati je tvorba ogljikovega dioksida s pomočjo dekarboksilacije vključena v splošno bilanco ogljikovega dioksida.

Pomembnost oksidativne dekarboksilacije je v tem, da nastanejo presnovki presnove, ki lahko služijo tako za pridobivanje energije za organizem kot za izgradnjo lastnih snovi v telesu. Dekarboksilacija igra tudi pomembno vlogo pri pretvorbi glutamata v γ-amino-masleno kislino (GABA). Ta reakcija, katalizirana z glutamat dekarboksilazo, je edini način za biosintezo GABA. GABA je glavni zaviralni nevrotransmiter v centralnem živčnem sistemu. Ključno vlogo igra tudi pri zaviranju hormona trebušne slinavke glukagon.

Bolezni in bolezni

Motnje oksidativne dekarboksilacije lahko sproži pomanjkanje vitamina B1. Kot smo že omenili, ima vitamin B1 ali njegov derivat tiamin pirofosfat (TPP) odločilno vlogo pri oksidativni dekarboksilaciji. Pomanjkanje vitamina B1 torej vodi do motenj energije in gradbenega metabolizma. Posledica tega je poslabšanje presnove ogljikovih hidratov in živčnega sistema. Lahko se razvije polinevropatija. Poleg tega se pojavijo simptomi utrujenosti, razdražljivosti, depresije, motnje vida, slaba koncentracija, izguba apetita in celo atrofija mišic. Opažene so tudi motnje spomina, pogosti glavoboli in slabokrvnost.

Z oslabljeno proizvodnjo energije oslabi tudi imunski sistem. Mišična oslabelost vpliva predvsem na mišice tele. Pojavijo se tudi srčno popuščanje, zasoplost ali edem. V svoji skrajni obliki je pomanjkanje vitamina B1 znano kot beriberi. Beriberi se pojavlja zlasti v regijah, kjer je prehrana vitamina B1 v prehrani zelo malo. To velja predvsem za skupine prebivalstva, ki so se specializirale za diete s sojinimi izdelki in oluščenim rižem.

Druga bolezen, ki jo je mogoče zaslediti do motnje dekarboksilacije, je tako imenovana spastična tetraplegična cerebralna paraliza tipa 1. Pri tej bolezni, pri kateri obstaja infantilna cerebralna paraliza, je sprožilec genetska okvara. Mutacija gena GAD1 vodi v pomanjkanje encima glutamat dekarboksilaze. Glutamat dekarboksilaza je odgovoren za pretvorbo glutamata v γ-amino-masleno kislino (GABA) z odcepom ogljikovega dioksida. Kot smo že omenili, je GABA glavni zaviralni nevrotransmiter osrednjega živčnega sistema. Če se tvori premalo GABA, se poškodbe možganov pojavijo v zgodnji fazi. V primeru infantilne cerebralne paralize te vodijo do spastične paralize, ataksije in atetoze. Spastična paraliza je posledica trajno povečanega mišičnega tonusa, kar ima za posledico togo držo. Hkrati je koordinacija gibov motena pri mnogih prizadetih, kar je znano tudi kot ataksija. Poleg tega lahko v okviru atetoze pride do neprostovoljnega raztezanja in bizarnih gibov, saj med hipotenzijo in hipertenzijo mišic prihaja do nenehnih sprememb.