декарбоксилиране

А декарбоксилиране обикновено представлява разделяне на въглероден диоксид от органична киселина.В случая на карбоксилни киселини разделянето става много добре чрез нагряване и ензимни реакции. Окислителното декарбоксилиране играе особено важна роля, което води до ацетил-КоА в организма при разграждане на пируват и до сукцинил-КоА, когато се разгражда α-кетоглутарат.

Какво е декарбоксилиране?

Декарбоксилирането играе важна роля в метаболизма. Терминът декарбоксилиране описва разделянето на въглеродния диоксид от органичните молекули. В молекулата вече съществува т. Нар. Карбоксилна група, която може да се раздели чрез действието на топлина или ензимни реакции.

Карбоксилната група съдържа въглероден атом, който е свързан с кислороден атом с двойна връзка, а с хидроксилна група с единична връзка.След разделянето на въглеродния диоксид карбоксилната група се заменя с водородния атом на хидроксилната група. Например, карбоксилните киселини се превръщат във въглеводороди.

Когато се разграждат въглехидратите, мазнините и протеините, общият баланс на катаболния метаболизъм създава въглероден диоксид, вода и енергия. Освободената енергия временно се съхранява под формата на АТФ и се използва повторно за биологична работа, производство на топлина или за изграждане на собствени вещества в организма. Декарбоксилирането на пируват и α-кетоглутарат е от огромно значение в контекста на метаболизма.

Функция и задача

Декарбоксилирането се извършва постоянно в човешкия организъм. Важен субстрат е пируватът, който се декарбоксилира с помощта на тиамин пирофосфат (TPP). Това създава хидроксиетил TPP (хидроксиетил тиамин пирофосфат) и въглероден диоксид. Ензимът, отговорен за тази реакция, е компонентът пируват дехидрогеназа (Е1).

Тиамин пирофосфатът е производно на витамин В1. Полученият хидроксиетил ТПП комплекс реагира с амид на липоева киселина до образуване на ацетил дихидролипонамид. Тиамин пирофосфат (TPP) се формира отново в процеса. Компонентът пируват дехидрогеназа също е отговорен за тази реакция.

В следващ етап ацетил дихидролипонамид взаимодейства с коензим А до образуване на ацетил CoA. За тази реакция е отговорен ензимът дихидролипоил трансацетилаза (Е2). Ацетил-КоА е така наречената активирана оцетна киселина.Това съединение се влива в цикъла на лимонената киселина като субстрат и е важен метаболит както за анаболния, така и за катаболния метаболизъм.Активираната оцетна киселина може да бъде разградена до въглероден двуокис и вода или до важни биологични субстрати изпълнени.

Метаболит, който вече идва от цикъла на лимонената киселина, е α-кетоглутарат. Α-Кетоглутарат също се преобразува чрез подобни реакции с елиминирането на въглеродния диоксид. Крайният продукт сукцинил-КоА е създаден. Succinyl-CoA е междинен продукт в много метаболитни процеси. Той ще продължи да се прилага като част от цикъла на лимонената киселина. Много аминокиселини навлизат само в цикъла на лимонената киселина чрез междинния етап сукцинил-КоА. По този начин аминокиселините валин, метионин, треонин или изолевцин се интегрират в общите метаболитни процеси.

Като цяло реакциите на декарбоксилиране на пируват и α-кетоглутарат са разположени на границата между анаболни и катаболни метаболитни процеси. Те са от централно значение за метаболизма. В същото време образуването на въглероден диоксид чрез декарбоксилиране е включено в общия баланс на въглеродния диоксид.

Значението на окислителното декарбоксилиране се състои в това, че в резултат на това се образуват метаболити, които могат да бъдат използвани за генериране на енергия за организма, както и за изграждане на собствени вещества в организма. Декарбоксилирането също играе важна роля за превръщането на глутамат в γ-аминомаслена киселина (GABA). Тази реакция, катализирана от глутамат декарбоксилаза, е единственият начин за биосинтезиране на GABA. GABA е най-важният инхибиращ невротрансмитер в централната нервна система. Той също така играе ключова роля за инхибиране на хормона на панкреаса глюкагон.

Болести и неразположения

Оксидативните нарушения на декарбоксилирането могат да бъдат предизвикани от дефицит на витамин В1. Както вече споменахме, витамин В1 или неговото производно тиамин пирофосфат (TPP) играе решаващата роля в окислителното декарбоксилиране. Следователно, липсата на витамин В1 води до нарушения на енергийния и изграждащ метаболизъм. Това води до нарушаване на въглехидратния метаболизъм и нервната система. Може да се развие полиневропатия. Освен това се появяват симптоми на умора, раздразнителност, депресия, зрителни нарушения, лоша концентрация, загуба на апетит и дори мускулна атрофия. Наблюдават се и нарушения на паметта, често главоболие и анемия.

Имунната система също е отслабена от нарушеното производство на енергия. Мускулната слабост засяга главно мускулите на прасеца. Появяват се и сърдечна недостатъчност, задух или оток. В крайната си форма дефицитът на витамин В1 е известен като бери-бери. Бери-бери се среща особено в региони, където диетата е с много ниско съдържание на витамин В1. Това се отнася преди всичко за групите от населението, които са се специализирали в храненето със соеви продукти и олющен ориз.

Друго заболяване, което може да бъде проследено до нарушение на декарбоксилирането, е така наречената спастична тетраплегична церебрална парализа от тип 1. При това заболяване, при което има инфантилна церебрална парализа, спусъкът е генетичен дефект. Мутация в GAD1 гена води до дефицит на ензима глутамат декарбоксилаза. Глутаматът декарбоксилаза е отговорен за превръщането на глутамат в γ-аминомаслена киселина (GABA) чрез разделяне на въглеродния двуокис. Както бе споменато по-рано, GABA е основният инхибиращ невротрансмитер на централната нервна система. Ако се образува твърде малко GABA, мозъчното увреждане настъпва на ранен етап. В случай на инфантилна церебрална парализа те водят до спастична парализа, атаксия и атетоза. Спастичната парализа е резултат от постоянно повишения мускулен тонус, което води до твърда стойка. В същото време координацията на движенията е нарушена при много от засегнатите, което е известно още като атаксия. Освен това в контекста на атетозата може да има неволно разширяващи се и причудливи движения, тъй като има постоянна промяна между хипотоничните и хипертоничните мускули.