Dekarboksylacja

ZA Dekarboksylacja ogólnie oznacza odszczepianie ditlenku węgla od kwasu organicznego, W przypadku kwasów karboksylowych odszczepianie przebiega bardzo dobrze przez ogrzewanie i reakcje enzymatyczne. Szczególnie ważną rolę odgrywa dekarboksylacja oksydacyjna, która prowadzi do powstania acetylo-CoA w organizmie podczas rozpadu pirogronianu oraz do sukcynylo-CoA w przypadku rozpadu α-ketoglutaranu.

Co to jest dekarboksylacja?

Dekarboksylacja odgrywa ważną rolę w metabolizmie. Termin dekarboksylacja oznacza oddzielanie dwutlenku węgla od cząsteczek organicznych. W cząsteczce istnieje już tak zwana grupa karboksylowa, którą można oddzielić pod wpływem ciepła lub reakcji enzymatycznych.

Grupa karboksylowa zawiera atom węgla, który jest połączony z atomem tlenu wiązaniem podwójnym i z grupą hydroksylową wiązaniem pojedynczym.Po odszczepieniu ditlenku węgla grupę karboksylową zastępuje się atomem wodoru grupy hydroksylowej. Na przykład kwasy karboksylowe są przekształcane w węglowodory.

Kiedy rozkładają się węglowodany, tłuszcze i białka, ogólna równowaga metabolizmu katabolicznego wytwarza dwutlenek węgla, wodę i energię. Uwolniona energia jest tymczasowo magazynowana w postaci ATP i ponownie wykorzystywana do pracy biologicznej, wytwarzania ciepła lub do budowy własnych substancji organizmu. Dekarboksylacje pirogronianu i α-ketoglutaranu mają ogromne znaczenie w kontekście metabolizmu.

Funkcja i zadanie

W organizmie człowieka dekarboksylacja zachodzi nieustannie. Ważnym substratem jest pirogronian, który jest dekarboksylowany przy pomocy pirofosforanu tiaminy (TPP). W ten sposób powstaje hydroksyetylo-TPP (pirofosforan hydroksyetylotiaminy) i dwutlenek węgla. Enzymem odpowiedzialnym za tę reakcję jest składnik dehydrogenazy pirogronianowej (E1).

Pirofosforan tiaminy jest pochodną witaminy B1. Powstały kompleks hydroksyetylo-TPP reaguje z amidem kwasu liponowego, tworząc acetylodihydroliponamid. Ponownie tworzy się pirofosforan tiaminy (TPP). Za tę reakcję odpowiada również składnik dehydrogenaza pirogronianowa.

W kolejnym etapie acetylodihydroliponamid reaguje z koenzymem A, tworząc acetylo-CoA. Za tę reakcję odpowiada enzym transacetylaza dihydrolipoilu (E2). Acetylo-CoA to tak zwany aktywowany kwas octowy, który jako substrat wpływa do cyklu kwasu cytrynowego i jest ważnym metabolitem zarówno w metabolizmie anabolicznym, jak i katabolicznym. wdrożone.

Metabolitem, który już pochodzi z cyklu kwasu cytrynowego, jest α-ketoglutaran. Α-Ketoglutaran jest również przekształcany w podobnych reakcjach z eliminacją dwutlenku węgla. Powstaje produkt końcowy sukcynylo-CoA. Sukcynylo-CoA jest produktem pośrednim w wielu procesach metabolicznych. Będzie on nadal wdrażany w ramach cyklu kwasu cytrynowego. Wiele aminokwasów wchodzi do cyklu kwasu cytrynowego tylko poprzez pośredni etap sukcynylo-CoA. W ten sposób aminokwasy walina, metionina, treonina czy izoleucyna są włączane do ogólnych procesów metabolicznych.

Podsumowując, reakcje dekarboksylacji pirogronianu i α-ketoglutaranu są zlokalizowane na styku procesów metabolicznych anabolicznych i katabolicznych. Mają kluczowe znaczenie dla metabolizmu. Jednocześnie tworzenie się dwutlenku węgla w wyniku dekarboksylacji jest uwzględnione w ogólnym bilansie dwutlenku węgla.

Znaczenie dekarboksylacji oksydacyjnej polega na tym, że w jej wyniku powstają metabolity metabolizmu, które mogą służyć zarówno do wytwarzania energii dla organizmu, jak i do tworzenia własnych substancji. Dekarboksylacja odgrywa również ważną rolę w konwersji glutaminianu do kwasu γ-aminomasłowego (GABA). Ta reakcja, katalizowana za pomocą dekarboksylazy glutaminianowej, jest jedynym sposobem biosyntezy GABA. GABA jest najważniejszym neuroprzekaźnikiem hamującym w ośrodkowym układzie nerwowym. Ponadto odgrywa decydującą rolę w hamowaniu glukagonu hormonu trzustkowego.

Choroby i dolegliwości

Oksydacyjne zaburzenia dekarboksylacji mogą być wywołane brakiem witaminy B1. Jak już wspomniano, witamina B1 lub jej pochodna pirofosforan tiaminy (TPP) odgrywa decydującą rolę w oksydacyjnej dekarboksylacji. Niedobór witaminy B1 prowadzi więc do zaburzeń metabolizmu energetycznego i budulcowego. Powoduje to upośledzenie metabolizmu węglowodanów i układu nerwowego. Może rozwinąć się polineuropatia. Ponadto pojawiają się objawy zmęczenia, drażliwości, depresji, zaburzenia widzenia, słaba koncentracja, utrata apetytu, a nawet zanik mięśni. Obserwuje się również zaburzenia pamięci, częste bóle głowy i anemię.

Układ odpornościowy jest również osłabiany przez zaburzenia produkcji energii. Osłabienie mięśni dotyczy głównie mięśni łydek. Występuje również niewydolność serca, duszność lub obrzęk. W skrajnej postaci niedobór witaminy B1 jest znany jako beri-beri. Beri-beri występuje szczególnie w regionach, w których dieta jest bardzo uboga w witaminę B1. Dotyczy to przede wszystkim grup ludności, które specjalizują się w żywieniu produktami sojowymi i ryżem łuskanym.

Inną chorobą, która wywodzi się z zaburzeń dekarboksylacji, jest tak zwane spastyczne tetraplegiczne porażenie mózgowe typu 1. W przypadku tej choroby, w której występuje dziecięce porażenie mózgowe, wyzwalaczem jest defekt genetyczny. Mutacja w genie GAD1 prowadzi do niedoboru enzymu dekarboksylazy glutaminianowej. Dekarboksylaza glutaminianu jest odpowiedzialna za przemianę glutaminianu w kwas γ-aminomasłowy (GABA) poprzez odszczepienie dwutlenku węgla. Jak wspomniano wcześniej, GABA jest głównym neurotransmiterem hamującym ośrodkowy układ nerwowy. Jeśli wytwarza się za mało GABA, uszkodzenie mózgu następuje na wczesnym etapie. W przypadku dziecięcego porażenia mózgowego prowadzą one do porażenia spastycznego, ataksji i atetozy. Porażenie spastyczne wynika z trwale zwiększonego napięcia mięśniowego, co skutkuje sztywną postawą. Jednocześnie koordynacja ruchów jest zaburzona u wielu osób dotkniętych chorobą, co jest również znane jako ataksja. Ponadto w kontekście atetozy mogą wystąpić mimowolne rozciąganie i dziwne ruchy, ponieważ występuje ciągła zmiana między mięśniami hipotonicznymi i hipertonicznymi.