dekarboksylering

EN dekarboksylering generelt representerer utskillelsen av karbondioksyd fra en organisk syre. I tilfelle av karboksylsyrer foregår delingen veldig bra gjennom oppvarming og enzymatiske reaksjoner. Oksidativ dekarboksylering spiller en spesielt viktig rolle, som fører til acetyl-CoA i organismen når pyruvat brytes ned og til succinyl-CoA når α-ketoglutarat brytes ned.

Hva er dekarboksylering?

Dekarboksylering spiller en viktig rolle i metabolismen. Begrepet dekarboksylering beskriver utskillelsen av karbondioksid fra organiske molekyler. En såkalt karboksylgruppe eksisterer allerede i molekylet, som kan deles av ved virkning av varme eller enzymatiske reaksjoner.

Karboksylgruppen inneholder et karbonatom som er koblet til et oksygenatom ved en dobbeltbinding og til en hydroksylgruppe med en enkeltbinding.Etter at karbondioksyd er blitt delt ut, erstattes karboksylgruppen med hydroksomet til hydroksylgruppen. For eksempel omdannes karboksylsyrer til hydrokarboner.

Når karbohydrater, fett og proteiner brytes ned, skaper den totale balansen i den katabolske metabolismen karbondioksid, vann og energi. Den frigjorte energien lagres midlertidig i form av ATP og gjenbrukes til biologisk arbeid, varmeutvikling eller for å bygge opp kroppens egne stoffer. Dekarboksyleringene av pyruvat og α-ketoglutarat er av enorm betydning i sammenheng med metabolismen.

Funksjon & oppgave

Dekarboksylering foregår konstant i den menneskelige organismen. Et viktig underlag er pyruvat, som dekarboksyleres ved hjelp av tiaminpyrofosfat (TPP). Dette skaper hydroksyetyl-TPP (hydroksyetyltiamin-pyrofosfat) og karbondioksid. Enzymet som er ansvarlig for denne reaksjonen er pyruvatdehydrogenase-komponenten (E1).

Tiamin pyrofosfat er et derivat av vitamin B1. Det resulterende hydroksyetyl-TPP-komplekset reagerer med liponsyreamid og danner acetyldihydroliponamid. Tiamin pyrofosfat (TPP) dannes igjen. Pyruvatdehydrogenase-komponenten er også ansvarlig for denne reaksjonen.

I et ytterligere trinn reagerer acetyldihydroliponamid med koenzym A for å danne acetyl CoA. Enzymet dihydrolipoyl transacetylase (E2) er ansvarlig for denne reaksjonen. Acetyl-CoA representerer den såkalte aktiverte eddiksyre. Denne forbindelsen strømmer inn i sitronsyresyklusen som et underlag og representerer en viktig metabolitt for både anabole og katabolske metabolisme. Den aktiverte eddiksyre kan brytes ned i karbondioksid og vann eller i viktige biologiske underlag implementert.

En metabolitt som allerede kommer fra sitronsyresyklusen er α-ketoglutarat. Α-Ketoglutarat blir også omdannet gjennom lignende reaksjoner ved eliminering av karbondioksid. Sluttproduktet succinyl-CoA lages. Succinyl-CoA er et mellomprodukt i mange metabolske prosesser. Det vil fortsette å bli implementert som en del av sitronsyresyklusen. Mange aminosyrer går bare inn i sitronsyresyklusen via mellomtrinnet succinyl-CoA. På denne måten blir aminosyrene valin, metionin, treonin eller isoleucin integrert i de generelle metabolske prosessene.

Totalt sett er dekarboksyleringsreaksjonene for pyruvat og a-ketoglutarat lokalisert ved grensesnittet mellom anabole og katabolske metabolske prosesser. De er av sentral betydning for stoffskiftet. Samtidig er dannelsen av karbondioksyd gjennom dekarboksylering inkludert i den generelle karbondioksidbalansen.

Viktigheten av oksidativ dekarboksylering ligger i det faktum at metabolitter av metabolismen dannes som et resultat, som kan brukes til å generere energi til organismen så vel som for å bygge opp kroppens egne stoffer. Dekarboksylering spiller også en viktig rolle i omdannelsen av glutamat til γ-aminobutyric acid (GABA). Denne reaksjonen, katalysert av glutamatdekarboksylase, er den eneste måten å biosyntetisere GABA. GABA er den viktigste hemmende nevrotransmitteren i sentralnervesystemet. Det spiller også en nøkkelrolle i å hemme bukspyttkjertelhormonet glukagon.

Sykdommer og plager

Oksidative dekarboksyleringsforstyrrelser kan utløses av mangel på vitamin B1. Som allerede nevnt spiller vitamin B1 eller dets deriverte tiaminpyrofosfat (TPP) den avgjørende rollen i oksidativ dekarboksylering. Derfor fører mangel på vitamin B1 til forstyrrelser i energien og bygningsmetabolismen. Dette resulterer i svekkelse av karbohydratmetabolismen og nervesystemet. En polyneuropati kan utvikle seg. I tillegg oppstår symptomer på tretthet, irritabilitet, depresjon, synsforstyrrelser, dårlig konsentrasjon, tap av matlyst og til og med muskelatrofi. Minneforstyrrelser, hyppig hodepine og anemi blir også observert.

Immunsystemet svekkes også av den nedsatte energiproduksjonen. Muskelsvakheten påvirker i hovedsak leggmusklene. Hjertesvikt, kortpustethet eller ødem forekommer også. I sin ekstreme form er vitamin B1-mangel kjent som beriberi. Beriberi forekommer spesielt i regioner hvor kostholdet er lite med vitamin B1. Dette gjelder fremfor alt befolkningsgruppene som har spesialisert seg på ernæring med soyaprodukter og avskallet ris.

En annen sykdom som kan føres tilbake til en forstyrrelse i dekarboksylering er den såkalte spastiske tetraplegiske cerebrale parese av type 1. For denne sykdommen, der det er infantil cerebral parese, er utløseren en genetisk defekt. En mutasjon i GAD1-genet fører til en mangel i enzymet glutamatdekarboksylase. Glutamatdekarboksylase er ansvarlig for omdannelsen av glutamat til y-aminobutyric acid (GABA) ved å dele av karbondioksid. Som nevnt tidligere er GABA den viktigste hemmende nevrotransmitteren i sentralnervesystemet. Hvis det dannes for lite GABA, oppstår hjerneskade på et tidlig stadium. Ved infantil cerebral parese fører disse til spastisk lammelse, ataksi og atetose. Den spastiske lammelsen er resultatet av den permanent økte muskeltonen, noe som resulterer i en stiv holdning. Samtidig forstyrres koordinasjonen av bevegelser hos mange av de berørte, som også er kjent som ataksi. I tillegg kan det i sammenheng med atetose være ufrivillige forlengende og bisarre bevegelser, da det er en konstant endring mellom hypotoniske og hypertoniske muskler.