Dekarboksilacija općenito predstavlja cijepanje ugljen dioksid iz organske kiseline. U slučaju karboksilne kiseline, dekarboksilacija se vrlo dobro odvija zagrijavanjem i enzimskim reakcijama. Oksidativna dekarboksilacija igra posebno važnu ulogu, vodeći u organizmu do acetil-CoA u razgradnji piruvat i do sukcinil-CoA u razgradnji α-ketoglutarata.
Što je dekarboksilacija?
Dekarboksilacija općenito predstavlja cijepanje ugljen dioksid iz organske kiseline. Dekarboksilacija igra važnu ulogu u metabolizmu. Pojam dekarboksilacija opisuje razdvajanje ugljen dioksid iz organskog molekule. U ovom procesu unutar molekule već postoji takozvana karboksilna skupina koja se može odvojiti djelovanjem topline ili enzimskim reakcijama. Karboksilna skupina sadrži atom ugljika, koji je povezan s kisik atom dvostrukom vezom i na hidroksilnu skupinu jednostrukom vezom. The vodik atom hidroksilne skupine zauzima mjesto karboksilne skupine nakon ugljični dioksid dekoltea. Na primjer, karboksilne kiseline pretvaraju se u ugljikovodike. Kada ugljikohidrati, masti i proteini su slomljeni, ugljični dioksid, voda a energija se proizvodi u cjelini uravnotežiti kataboličkog metabolizma. Oslobođena energija privremeno se pohranjuje u obliku ATP-a i ponovno koristi za biološki rad, proizvodnju topline ili za izgradnju vlastitih tvari u tijelu. U kontekstu metabolizma, dekarboksilacije piruvat i α-ketoglutarat su od ogromne važnosti.
Funkcija i uloga
Dekarboksilacije se neprestano javljaju u ljudskom organizmu. Jedna važna podloga je piruvat, koji se dekarboksilira uz pomoć tiamin pirofosfata (TPP). Hidroksietil TPP (hidroksietil tiamin pirofosfat) i ugljični dioksid nastaju. Enzim odgovoran za ovu reakciju je komponenta piruvat dehidrogenaze (E1). Tiamin pirofosfat je derivat vitamin B1. Nastali hidroksietil-TPP kompleks reagira s lipoičnom kiselinom amid da nastane acetil-dihidroliponamid. Tiamin pirofosfat (TPP) ponovno se stvara u procesu. Komponenta piruvat dehidrogenaze također je odgovorna za ovu reakciju. U daljnjem koraku acetil-dihidroliponamid reagira s koenzimom A dajući acetil-CoA. Za ovu reakciju odgovoran je enzim dihidrolipoil transacetilaza (E2). Acetil-CoA predstavlja takozvani aktivirani octena kiselina. Ovaj spoj ulazi u ciklus citrata kao supstrat i predstavlja važan metabolit i za anabolički i za katabolički metabolizam. Aktivirano octena kiselina mogu se tako dalje razgraditi na ugljični dioksid i voda ili pretvorena u važne biološke podloge. Jedan metabolit, koji je već izveden iz citratnog ciklusa, je α-ketoglutarat. α-Ketoglutarat se također pretvara sličnim pretvorbama sa eliminacija ugljičnog dioksida. To daje krajnji proizvod sukcinil-CoA. Sukcinil-CoA je međuprodukt mnogih metaboličkih procesa. Dalje se pretvara u sklopu citratnog ciklusa. Puno aminokiseline u ciklus citrata ulaze samo preko sukcinil-CoA srednje faze. Na ovaj način, aminokiseline valin, metionina, treonin ili izoleucin integrirani su u opće metaboličke procese. Sve u svemu, reakcije dekarboksilacije piruvata i α-ketoglutarata nalaze se na sučelju anaboličkih i kataboličkih metaboličkih procesa. Oni imaju središnju važnost za metabolizam. Istodobno, stvaranje ugljičnog dioksida dekarboksilacijom ulazi u opći ugljični dioksid uravnotežiti. Važnost oksidativne dekarboksilacije leži u činjenici da se kao rezultat toga stvaraju metaboliti metabolizma, koji mogu služiti kako za proizvodnju energije za organizam, tako i za stvaranje endogenih tvari. Dekarboksilacija također igra važnu ulogu u konverziji glutamat na γ-aminomaslačnu kiselinu (GABA). Ova reakcija, katalizirana uz pomoć glutamat dekarboksilaza, jedini je put za biosintezu GABA. GABA je najvažniji inhibitor neurotransmiter u središnjem živčani sustav. Nadalje, također igra presudnu ulogu u inhibiciji hormona gušterače glukagon.
Bolesti i poremećaji
Poremećaji oksidativne dekarboksilacije mogu biti izazvani nedostatkom vitamin B1. Kao što je gore navedeno, vitamin B1 ili njegov derivat tiamin pirofosfat (TPP) igra presudnu ulogu u oksidativnoj dekarboksilaciji. Zbog toga nedostatak vitamina B1 dovodi do poremećaja energije i metabolizma zgrade. Poremećaji metabolizma i živčani sustav proizlaziti. polineuropatija može se razviti. Uz to, simptomi umor, razdražljivost, depresija, poremećaji vida, loše koncentracija, gubitak apetita pa čak i dolazi do atrofije mišića. Nadalje, memorija poremećaji, česti glavobolje i anemija promatraju se. Zbog oštećene proizvodnje energije, imunološki sustav je također oslabljen. Mišićna slabost uglavnom pogađa teleće mišiće. Srce javljaju se i slabost, otežano disanje ili edemi. U svom ekstremnom obliku, nedostatak vitamina B1 poznat je pod nazivom beriberi. Beriberi se javlja osobito u regijama gdje dijeta je vrlo siromašan vitaminom B1. To uglavnom pogađa populacije s dijeta na temelju am proizvodi i oljuštena riža. Druga bolest, koja je posljedica poremećaja dekarboksilacije, je takozvana spastična tetraplegična cerebralna paraliza tip 1. Za ovu bolest, u kojoj dječja cerebralna paraliza je prisutan, okidač je genetski nedostatak. Dakle, mutacija u GAD1 gen dovodi do nedostatka enzima glutamat dekarboksilaza. Glutamat dekarboksilaza odgovorna je za pretvorbu glutamata u γ-aminomaslačnu kiselinu (GABA) cijepanjem ugljičnog dioksida. Kao što je gore spomenuto, GABA je glavni inhibitor neurotransmiter središnjeg živčani sustav. Ako se proizvede premalo GABA, mozak oštećenja se javljaju u ranoj fazi. U slučaju dječja cerebralna paraliza, to dovodi do spastične paralize, ataksije i atetoze. Spastičnu paralizu uzrokuje trajno povišeni tonus mišića, što rezultira krutim držanjem tijela. Istodobno, koordinacija pokreta je poremećen kod mnogih pogođenih osoba, što se naziva i ataksijom. Uz to, u kontekstu atetoze mogu se pojaviti nehotični protežni i bizarni pokreti zbog stalne izmjene hipo- i hipertonusa mišića.
