dekarboksilacij općenito predstavlja cijepanje ugljičnog dioksida iz organske kiseline. U slučaju karboksilnih kiselina, cijepanje se odvija vrlo dobro zagrijavanjem i enzimatskim reakcijama. Oksidativna dekarboksilacija igra posebno važnu ulogu, što dovodi do acetil-CoA u organizmu kada se pruvat razgradi, te do sukcinil-CoA kada se razgradi α-ketoglutarat.
Što je dekarboksilacija?
Dekarboksilacija igra važnu ulogu u metabolizmu. Pojam dekarboksilacija opisuje cijepanje ugljičnog dioksida iz organskih molekula. U molekuli već postoji takozvana karboksilna skupina koja se može odvojiti djelovanjem toplinskih ili enzimskih reakcija.
Karboksilna skupina sadrži atom ugljika koji je dvostrukom vezom povezan s atomom kisika, a hidroksilnom skupinom.Nakon odvajanja ugljičnog dioksida, karboksilnu skupinu zamjenjuje vodikov atom hidroksilne skupine. Na primjer, karboksilne kiseline pretvaraju se u ugljikovodike.
Kada se ugljikohidrati, masti i bjelančevine razgrade, ukupni balans kataboličkog metabolizma stvara ugljični dioksid, vodu i energiju. Oslobođena energija privremeno se skladišti u obliku ATP-a i ponovno se koristi za biološki rad, proizvodnju topline ili za izgradnju vlastitih tjelesnih tvari. Dekarboksilacije piruvata i α-ketoglutarata od iznimne su važnosti u kontekstu metabolizma.
Funkcija i zadatak
Dekarboksilacija se neprestano odvija u ljudskom organizmu. Važan supstrat je piruvat, koji se dekarboksilira uz pomoć tiamin pirofosfata (TPP). Ovo stvara hidroksietil TPP (hidroksietil tiamin pirofosfat) i ugljični dioksid. Enzim odgovoran za ovu reakciju je komponenta piruvat dehidrogenaze (E1).
Tiamin pirofosfat je derivat vitamina B1. Dobiveni hidroksietil TPP kompleks reagira s amidom lipoinske kiseline, čime nastaje acetil dihidroliponamid. Tiamin pirofosfat (TPP) ponovo se formira. Komponenta piruvat dehidrogenaze je također odgovorna za ovu reakciju.
U sljedećem koraku, acetil dihidroliponamid reagira s koenzimom A kako bi nastao acetil CoA. Za ovu reakciju odgovoran je enzim dihidrolipoil transacetilaza (E2). Acetil-CoA je takozvana aktivirana octena kiselina koja ulazi u ciklus limunske kiseline kao supstrat i važan je metabolit i za anabolički i katabolički metabolizam, a aktivirana octena kiselina može se razgraditi u ugljični dioksid i vodu ili na važne biološke supstrate provodi.
Metabolit koji već dolazi iz ciklusa limunske kiseline je α-ketoglutarat. Α-Ketoglutarat se također pretvara kroz slične reakcije s uklanjanjem ugljičnog dioksida. Stvara se krajnji proizvod sukcinil-CoA. Sukcinil-CoA je intermedijarni proizvod u mnogim metaboličkim procesima. Nastavit će se provoditi kao dio ciklusa limunske kiseline. Mnoge aminokiseline ulaze samo u ciklus limunske kiseline preko sukcinil-CoA iz srednjeg stupnja. Na taj se način aminokiseline valin, metionin, treonin ili izoleucin integriraju u opće metaboličke procese.
Općenito, reakcije dekarboksilacije piruvata i α-ketoglutarata smještene su na granici između anaboličkih i kataboličkih metaboličkih procesa. Oni su od središnje važnosti za metabolizam. Istovremeno, stvaranje ugljičnog dioksida dekarboksilacijom uključeno je u opću ravnotežu ugljičnog dioksida.
Važnost oksidativne dekarboksilacije leži u činjenici da nastaju metabolizmi metabolizma koji se mogu iskoristiti za stvaranje energije za organizam, kao i za izgradnju vlastitih tvari u tijelu. Dekarboksilacija također igra važnu ulogu u pretvorbi glutamata u γ-aminobuternu kiselinu (GABA). Ova reakcija, katalizirana glutamat dekarboksilazom, jedini je način biosinteze GABA. GABA je najvažniji inhibirajući neurotransmiter u središnjem živčanom sustavu. Također igra ključnu ulogu u inhibiranju hormona gušterače glukagona.
Bolesti i bolesti
Poremećaji oksidacijske dekarboksilacije mogu biti potaknuti nedostatkom vitamina B1. Kao što je već spomenuto, vitamin B1 ili njegov derivat tiamin pirofosfat (TPP) igra odlučujuću ulogu u oksidativnoj dekarboksilaciji. Zbog nedostatka vitamina B1 dolazi do poremećaja energetskog i građevinskog metabolizma. To dovodi do poremećaja metabolizma ugljikohidrata i živčanog sustava. Može se razviti polineuropatija. Osim toga, pojavljuju se simptomi umora, razdražljivosti, depresije, poremećaja vida, slabe koncentracije, gubitka apetita, pa čak i atrofija mišića. Uočeni su i poremećaji pamćenja, česte glavobolje i anemije.
Imuni sustav je također oslabljen zbog smanjene proizvodnje energije. Slabost mišića uglavnom utječe na mišiće tele. Također se javljaju zatajenje srca, kratkoća daha ili edem. U svom ekstremnom obliku, nedostatak vitamina B1 poznat je kao beriberi. Beriberi se javlja naročito u regijama u kojima je dijeta vitamina B1 vrlo niska. To se prije svega odnosi na populacijske skupine koje su se specijalizirale za prehranu sojinim proizvodima i ljutom rižom.
Druga bolest koja se može pratiti do poremećaja dekarboksilacije je takozvana spastička tetraplegična cerebralna paraliza tipa 1. Za ovu bolest, kod koje postoji infantilna cerebralna paraliza, okidač je genetski nedostatak. Mutacija gena GAD1 dovodi do nedostatka enzima glutamata dekarboksilaze. Glutamat dekarboksilaza odgovoran je za pretvorbu glutamata u γ-aminobuternu kiselinu (GABA) razdvajanjem ugljičnog dioksida. Kao što je spomenuto ranije, GABA je glavni inhibitorni neurotransmiter središnjeg živčanog sustava. Ako se formira premalo GABA, oštećenje mozga nastaje u ranoj fazi. U slučaju infantilne cerebralne paralize, one dovode do spastične paralize, ataksije i atetoze. Spastična paraliza rezultat je trajno povišenog mišićnog tonusa, što rezultira čvrstim položajem. Istodobno, kod mnogih oboljelih poremećena je koordinacija pokreta, što je također poznato kao ataksija. Osim toga, u kontekstu atetoze može doći do nehotičnih ekstenzija i bizarnih pokreta, jer postoji stalna promjena između hipotoničnih i hipertoničnih mišića.
