The oksidativna dekarboksilacija je del celičnega dihanja in poteka v mitohondrijih celice. Končni produkt oksidacijske dekarboksilacije, acetil-coA, nato obdelamo v ciklu citronske kisline.
Kaj je oksidativna dekarboksilacija?
Mitohondrije so celične organele, ki jih najdemo v skoraj vseh celicah z jedrom. Znane so tudi kot elektrarne celice, ker tvorijo molekulo ATP (adenozin trifosfat). ATP je najpomembnejši nosilec energije v človeškem telesu in se pridobiva z aerobnim dihanjem. Aerobno dihanje imenujemo tudi celično dihanje ali notranje dihanje.
Celično dihanje je razdeljeno na štiri korake. Glikoliza poteka na začetku. Sledi oksidativno dekarboksilacija, nato cikel citronske kisline in končno oksidacija (dihalna veriga).
Oksidativna dekarboksilacija poteka v tako imenovani matriki mitohondrijev. Skratka, piruvat, ki večinoma izvira iz glikolize, se tukaj pretvori v acetil-CoA. V ta namen se piruvat, kisli anion piruvične kisline, veže na tiamin pirofosfat (TPP). TPP nastane iz vitamina B1. Karboksilna skupina piruvata se nato odcepi kot ogljikov dioksid (CO2). Ta postopek je znan kot dekarboksilacija. Tako nastane hidroksietilna elektrarna.
Ta hidroksietil-TPP nato katalizira tako imenovana komponenta piruvat dehidrogenaze, podenota encimskega kompleksa piruvat dehidrogenaze. Preostala acetilna skupina se z dihidrolipoil transacetilazo prenese v konencim A s katalizom. Tako nastane acetil-CoA, ki je potreben v naslednjem ciklu citronske kisline. Za delovanje te reakcije brez motenj je potreben multienzimski kompleks, sestavljen iz encimov dekarboksilaze, oksidoreduktaze in dehidrogenaze.
Funkcija in naloga
Oksidativna dekarboksilacija je nepogrešljiv del notranjega dihanja in tako kot glikoliza, cikel citronske kisline in končna oksidacija v dihalni verigi služi za pridobivanje energije v celicah. V ta namen celice prevzamejo glukozo in jo razgradijo kot del glikolize. Dva piruvata dobimo iz ene molekule glukoze v desetih korakih. To so predpogoj za oksidativno dekarboksilacijo.
Res je, da se molekule ATP pridobijo že med glikolizo in oksidativno dekarboksilacijo, vendar bistveno manj kot v naslednjem ciklu citronske kisline. V bistvu v celicah med ciklom citronske kisline poteka reakcija z oksihidrogenom. Vodik in kisik reagirata drug z drugim in s sproščanjem ogljikovega dioksida in vode nastaja energija v obliki ATP. Na krog cikla citronske kisline je mogoče sintetizirati približno deset molekul ATP.
Kot univerzalni vir energije je ATP ključnega pomena za človeka. Energijska molekula je predpogoj za vse reakcije v človeškem telesu. Živčni impulzi, gibanje mišic, proizvodnja hormonov, vsi ti procesi zahtevajo ATP. Telo proizvede približno 65 kg ATP-ja na dan, da izpolni svoje energetske potrebe.
Načeloma lahko ATP dobimo tudi brez kisika in s tem brez oksidativne dekarboksilacije. Vendar je ta anaerobna presnova mlečne kisline veliko manj produktivna kot aerobna presnova in vodi tudi do nastanka mlečne kisline. V primeru močnega in dolgotrajnega napora lahko to privede do zakisanja in utrujenosti prizadete mišice.
Bolezni in bolezni
Ena bolezen, ki jo povzroča motnja oksidativne dekarboksilacije, je bolezen javorjevega sirupa. Tu problem ni v razgradnji glukoze, ampak v razgradnji aminokislin levcina, izolevcina in valina. Bolezen je podedovana in se pogosto pokaže takoj po rojstvu. Prizadeti novorojenčki trpijo zaradi bruhanja, dihalnih motenj do zastoja dihanja, letargije ali kome. Tipični so tudi kričanje, krči in previsoka raven sladkorja v krvi. Tako imenovana 2-keto-3-metilvalerična kislina nastane z nepravilnim razpadom aminokislin. To daje urinu in znoju otrok značilen vonj po javorjevem sirupu, ki je bolezni dal ime. Če se ne zdravi, bolezen hitro vodi v smrt.
Kot je že navedeno, ima vitamin B1 (tiamin) pomembno vlogo pri oksidativni dekarboksiliji. Brez tiamina dekarboksilacija piruvata s tvorbo acetil-CoA ni mogoča. Hudo pomanjkanje B1 je vzrok bolezni beriberi. To se je zgodilo predvsem na nasadih ali v zaporih v vzhodni Aziji, kjer so ljudje večinoma jedli olupljen in poliran riž, saj vitamin B1 najdemo le v lupinah riževih zrn.
Zaradi pomanjkanja tiamina in s tem povezanega zaviranja oksidativne dekarboksilacije bolezen beriberi vodi predvsem do motenj v tkivih, ki imajo visok promet energije. Sem spadajo skeletne mišice, srčna mišica in živčni sistem.Bolezen se manifestira v obliki apatije, živčne paralize, povečanega srca, srčnega popuščanja in edema.
Druga bolezen, pri kateri se moti oksidativna dekarboksilacija, je glutarska acidurija tipa I. Gre za precej redko dedno bolezen. Prizadeti so sprva brez simptomov dlje časa. Prvi simptomi se nato pokažejo v okviru katabolične krize. Obstajajo hude motnje gibanja. Prtljažnik je nestabilen. Lahko se pojavi tudi vročina.
Zgodnji simptom glutarične acidurije tipa I je makrocefalija, to je večja od povprečne lobanje. Takoj, ko se pojavijo prvi simptomi, bolezen hitro napreduje. Vendar imajo otroci z diagnozo zgodaj obetavno prognozo in ponavadi dobro sodelujejo z zdravljenjem. Vendar se bolezen pogosto napačno razlaga kot encefalitis, to je vnetje možganov.
Diagnozo glutarične acidurije tipa I lahko postavimo precej enostavno z analizo urina. Vendar je bolezen redka, zato se simptomi pogosto napačno razlagajo, pregleda bolezni pa sprva ne opravijo.
