Oksidativ dekarboksylering

De oksidativ dekarboksylering er del av celleånding og finner sted i mitokondriene i cellen. Sluttproduktet av oksidativ dekarboksylering, acetyl-coA, blir deretter behandlet videre i sitronsyresyklusen.

Hva er oksidativ dekarboksylering?

Mitokondrier er celleorganeller som finnes i nesten alle celler med en kjerne. De er også kjent som kraftverkene i cellen fordi de danner molekylet ATP (adenosintrifosfat). ATP er den viktigste energibæreren i menneskekroppen og oppnås gjennom aerob pusting. Aerob respirasjon kalles også celleånding eller intern respirasjon.

Celleånding er delt inn i fire trinn. Glykolyse finner sted i begynnelsen. Dette blir fulgt av den oksidative dekarboksyleringen, deretter sitronsyresyklusen og til slutt den endelige oksidasjonen (respirasjonskjeden).

Den oksidative dekarboksyleringen foregår i den såkalte matrisen til mitokondriene. Kort sagt omdannes pyruvat, som for det meste kommer fra glykolyse, til acetyl-CoA her. For dette festes pyruvat, en syre anion av pyruvinsyre, til tiamin pyrofosfat (TPP). TPP er dannet av vitamin B1. Karboksylgruppen til pyruvat blir deretter delt opp som karbondioksid (CO2). Denne prosessen er kjent som dekarboksylering. Dette skaper hydroksyetyl-TPP.

Denne hydroksyetyl-TPP blir deretter katalysert av den såkalte pyruvatdehydrogenase-komponenten, en underenhet av pyruvatdehydrogenase-enzymkomplekset. Den gjenværende acetylgruppen overføres til kongenzym A ved hjelp av katalyse ved dihydrolipoyltransacetylase. Dette skaper acetyl-CoA, som er nødvendig i følgende sitronsyresyklus. Et multi-enzymkompleks bestående av enzymene dekarboksylase, oksydoreduktase og dehydrogenase er nødvendig for at denne reaksjonen skal fortsette uten interferens.

Funksjon & oppgave

Oksidativ dekarboksylering er en uunnværlig komponent i intern respirasjon, og i likhet med glykolyse tjener sitronsyresyklusen og endeoksydasjon i luftveiene. For å gjøre dette tar cellene opp glukose og bryter den ned som en del av glykolysen. To pyruvater oppnås fra ett glukosemolekyl i ti trinn. Dette er en forutsetning for oksidativ dekarboksylering.

Det er sant at ATP-molekyler også oppnås under glykolyse og oksidativ dekarboksylering, men betydelig færre enn i den følgende sitronsyresyklus. I utgangspunktet finner en oksyhydrogenreaksjon sted i cellene under sitronsyresyklusen. Hydrogen og oksygen reagerer med hverandre og med frigjøring av karbondioksid og vann genereres energi i form av ATP. Omtrent ti ATP-molekyler kan syntetiseres per runde med en sitronsyresyklus.

Som en universell energikilde er ATP viktig for mennesker. Energimolekylet er forutsetningen for alle reaksjoner i menneskekroppen. Nerveimpulser, muskelbevegelser, produksjon av hormoner, alle disse prosessene krever ATP. Kroppen produserer rundt 65 kg ATP per dag for å oppfylle energikravene.

I prinsippet kan ATP også oppnås uten oksygen og dermed uten oksidativ dekarboksylering. Denne anaerobe melkesyremetabolismen er imidlertid betydelig mindre produktiv enn den aerobe metabolismen og fører også til dannelse av melkesyre. Ved kraftig og langvarig anstrengelse kan dette føre til overforsuring og utmattelse av den berørte muskelen.

Sykdommer og plager

En sykdom forårsaket av en forstyrrelse i oksidativ dekarboksylering er lønnesirupssykdom. Her er ikke problemet med nedbrytningen av glukose, men med nedbrytningen av aminosyrene leucin, isoleucin og valin. Sykdommen er arvelig og dukker ofte opp rett etter fødselen. De berørte nyfødte lider av oppkast, pusteproblemer opp til luftveisstans, slapphet eller koma. Høyt skrik, kramper og et for høyt blodsukkernivå er også typisk. Den såkalte 2-keto-3-metylvalerinsyren dannes ved feil fordeling av aminosyrene. Dette gir urin og svette til barn den karakteristiske duften av lønnesirup, som ga sykdommen sitt navn. Hvis ubehandlet, fører sykdommen raskt til døden.

Som allerede indikert, spiller vitamin B1 (tiamin) en viktig rolle i oksidativ dekarboksylering. Dekarboksylering av pyruvat for å danne acetyl-CoA er ikke mulig uten tiamin. En alvorlig B1-mangel er årsaken til beriberi sykdom.I det siste skjedde dette hovedsakelig på plantasjer eller i fengsler i Øst-Asia, hvor folk hovedsakelig spiste skallet og polert ris, fordi vitamin B1 bare finnes i skallene på rismakene.

På grunn av mangelen på tiamin og den tilhørende hemming av oksidativ dekarboksylering, fører beriberi sykdom hovedsakelig til forstyrrelser i vev som har en høy energiomsetning. Disse inkluderer skjelettmusklene, hjertemuskelen og nervesystemet. Sykdommen manifesterer seg i form av apati, nerveparalyse, forstørret hjerte, hjertesvikt og ødem.

En annen sykdom der oksidativ dekarboksylering forstyrres, er glutarsyre i type I. Dette er en ganske sjelden arvelig sykdom. De rammede er i utgangspunktet uten symptomer i lang tid. De første symptomene dukker da opp i sammenheng med en katabolsk krise. Alvorlige bevegelsesforstyrrelser forekommer. Bagasjerommet er ustabilt. En feber kan også forekomme.

Det tidlige symptomet på glutarsyre i type I er makrocefali, dvs. en større enn gjennomsnittlig hodeskalle. Så snart de første symptomene vises, utvikler sykdommen seg raskt. Barn som er diagnostisert på et tidlig tidspunkt har imidlertid en lovende prognose og utvikler seg vanligvis godt med behandling. Imidlertid blir sykdommen ofte tolket feil som hjernebetennelse, dvs. en betennelse i hjernen.

Diagnosen glutaric aciduria type I kan stilles ganske enkelt ved hjelp av urinalyse. Sykdommen er imidlertid sjelden, så symptomene blir ofte tolket feil, og en undersøkelse for sykdommen utføres ikke i utgangspunktet.