Dekarboxylace

A Dekarboxylace obecně představuje štěpení oxidu uhličitého z organické kyseliny, v případě karboxylových kyselin se štěpení velmi dobře provádí zahříváním a enzymatickými reakcemi. Oxidační dekarboxylace hraje zvláště důležitou roli, která vede k acetyl-CoA v těle, když se štěpí pyruvát, a k sukcinyl-CoA, když se štěpí a-ketoglutarát.

Co je to dekarboxylace?

Dekarboxylace hraje důležitou roli v metabolismu. Termín dekarboxylace popisuje štěpení oxidu uhličitého z organických molekul. V molekule již existuje takzvaná karboxylová skupina, kterou lze oddělit působením tepla nebo enzymatickými reakcemi.

Karboxylová skupina obsahuje atom uhlíku, který je spojen s atomem kyslíku dvojnou vazbou a hydroxylovou skupinou jednoduchou vazbou.Po oddělení oxidu uhličitého je karboxylová skupina nahrazena atomem vodíku hydroxylové skupiny. Například se karboxylové kyseliny převádějí na uhlovodíky.

Když se rozloží uhlohydráty, tuky a bílkoviny, celková rovnováha katabolického metabolismu vytváří oxid uhličitý, vodu a energii. Uvolněná energie je dočasně uložena ve formě ATP a znovu použita pro biologickou práci, výrobu tepla nebo pro budování vlastních látek v těle. Dekarboxylace pyruvátu a a-ketoglutarátu jsou v souvislosti s metabolismem nesmírně důležité.

Funkce a úkol

Dekarboxylace probíhá v lidském organismu neustále. Důležitým substrátem je pyruvát, který je dekarboxylován pomocí thiaminpyrofosfátu (TPP). Tím se vytvoří hydroxyethyl TPP (hydroxyethyl thiamin pyrofosfát) a oxid uhličitý. Enzymem odpovědným za tuto reakci je pyruvátdehydrogenázová složka (El).

Thiamin pyrofosfát je derivát vitaminu B1. Výsledný komplex hydroxyethyl TPP reaguje s amidem kyseliny lipoové za vzniku acetyl dihydroliponamidu. Thiamin pyrofosfát (TPP) se v tomto procesu znovu vytváří. Za tuto reakci je také zodpovědná složka pyruvátdehydrogenázy.

V dalším kroku acetyl dihydroliponamid reaguje s koenzymem A za vzniku acetyl CoA. Enzym dihydrolipoyltransacetyláza (E2) je odpovědný za tuto reakci. Acetyl-CoA je takzvaná aktivovaná kyselina octová, která proudí do cyklu kyseliny citronové jako substrát a je důležitým metabolitem jak pro anabolický, tak katabolický metabolismus. Aktivovaná kyselina octová se může rozkládat na oxid uhličitý a vodu nebo na důležité biologické substráty implementováno.

Metabolit, který již pochází z cyklu kyseliny citronové, je α-ketoglutarát. Α-Ketoglutarát je také přeměňován podobnými reakcemi s odstraňováním oxidu uhličitého. Je vytvořen konečný produkt sukcinyl-CoA. Succinyl-CoA je meziprodukt v mnoha metabolických procesech. Bude pokračovat v provádění cyklu kyseliny citronové. Mnoho aminokyselin vstupuje do cyklu kyseliny citronové pouze přes mezistupeň sukcinyl-CoA. Tímto způsobem jsou aminokyseliny valin, methionin, threonin nebo isoleucin integrovány do obecných metabolických procesů.

Celkově se dekarboxylační reakce pyruvátu a α-ketoglutarátu nacházejí na rozhraní mezi anabolickými a katabolickými metabolickými procesy. Mají zásadní význam pro metabolismus. Současně je do obecné rovnováhy oxidu uhličitého zahrnuta tvorba oxidu uhličitého dekarboxylací.

Důležitost oxidativní dekarboxylace spočívá ve skutečnosti, že výsledkem jsou metabolity metabolismu, které mohou být použity k produkci energie pro organismus ak vytváření vlastních tělesných látek. Dekarboxylace také hraje důležitou roli při přeměně glutamátu na kyselinu y-aminomáselnou (GABA). Tato reakce, katalyzovaná glutamát dekarboxylázou, je jediným způsobem, jak biosyntetizovat GABA. GABA je nejdůležitější inhibující neurotransmiter v centrálním nervovém systému. Hraje také klíčovou roli při inhibici glukagonu pankreatického hormonu.

Nemoci a nemoci

Poruchy oxidační dekarboxylace mohou být vyvolány nedostatkem vitaminu B1. Jak již bylo uvedeno, hraje při oxidační dekarboxylaci rozhodující roli vitamin B1 nebo jeho derivát thiamin pyrofosfát (TPP). Proto nedostatek vitamínu B1 vede k poruchám energie a metabolismu budov. To má za následek zhoršení metabolismu uhlohydrátů a nervového systému. Může se vyvinout polyneuropatie. Kromě toho se projevují únavy, podrážděnost, deprese, poruchy zraku, špatná koncentrace, ztráta chuti k jídlu a dokonce i svalová atrofie. Pozorovány jsou také poruchy paměti, časté bolesti hlavy a anémie.

Imunitní systém je také oslaben narušenou produkcí energie. Svalová slabost ovlivňuje hlavně lýtkové svaly. Vyskytuje se také srdeční selhání, dušnost nebo otoky. V jeho extrémní formě, nedostatek vitamínu B1 je známý jako beriberi. Beriberi se vyskytuje zejména v regionech, kde je strava velmi nízká u vitamínu B1. To se týká především skupin populace, které se specializovaly na výživu sójovými výrobky a loupanou rýží.

Dalším onemocněním, které lze vysledovat zpět k poruše dekarboxylace, je tzv. Spastická tetraplegická dětská mozková obrna typu 1. U tohoto onemocnění, u kterého je dětská mozková obrna, je spouštěč genetický defekt. Mutace v genu GAD1 vede k nedostatku enzymu glutamát dekarboxylázy. Glutamát dekarboxyláza je zodpovědná za přeměnu glutamátu na kyselinu y-aminomáselnou (GABA) štěpením oxidu uhličitého. Jak již bylo zmíněno dříve, GABA je hlavním inhibičním neurotransmiterem centrálního nervového systému. Pokud se vytvoří příliš málo GABA, dojde k poškození mozku v rané fázi. V případě dětské mozkové obrny vede k spastické paralýze, ataxii a atetóze. Spastická paralýza je důsledkem trvale zvýšeného svalového tonusu, což má za následek rigidní držení těla. Současně je koordinace pohybů narušena u mnoha postižených, což se také nazývá ataxie. Kromě toho může v souvislosti s atetózou dojít k nedobrovolnému prodloužení a bizarním pohybům, protože mezi hypotonickými a hypertonickými svaly se neustále mění.