Dekarboksilacija na splošno predstavlja cepitev ogljika dioksid iz organske kisline. V primeru karboksilne kisline, dekarboksilacija poteka zelo dobro s segrevanjem in encimskimi reakcijami. Oksidativna dekarboksilacija ima še posebej pomembno vlogo, ki vodi v organizmu do acetil-CoA pri razgradnji piruvat in do sukcinil-CoA pri razgradnji α-ketoglutarata.
Kaj je dekarboksilacija?
Dekarboksilacija na splošno predstavlja cepitev ogljika dioksid iz organske kisline. Dekarboksilacija igra pomembno vlogo pri presnovi. Izraz dekarboksilacija opisuje odcepitev ogljika dioksid iz organskega molekule. V tem procesu znotraj molekule že obstaja tako imenovana karboksilna skupina, ki jo lahko odcepimo s toplotno ali encimsko reakcijo. Karboksilna skupina vsebuje ogljikov atom, ki je povezan z kisik atom z dvojno vezjo in na hidroksilno skupino z enojno vezjo. The vodik atom hidroksilne skupine zavzame mesto karboksilne skupine po ogljikov dioksid dekolte. Na primer karboksilne kisline pretvorijo v ogljikovodike. Kdaj ogljikovi hidrati, maščobe in beljakovin so razčlenjeni, ogljikov dioksid, voda in energija se proizvaja na splošno ravnovesje kataboličnega metabolizma. Sproščena energija se začasno shrani v obliki ATP in ponovno uporabi za biološko delo, proizvodnjo toplote ali za ustvarjanje lastnih snovi v telesu. V kontekstu metabolizma se dekarboksilacije piruvat in α-ketoglutarat sta izjemno pomembna.
Funkcija in vloga
Dekarboksilacije se nenehno pojavljajo v človeškem organizmu. Eden pomembnih substratov je piruvat, ki se dekarboksilira s pomočjo tiamin pirofosfata (TPP). Hidroksietil TPP (hidroksietil tiamin pirofosfat) in ogljikov dioksid se oblikujejo. Encim, odgovoren za to reakcijo, je komponenta piruvat dehidrogenaze (E1). Tiamin pirofosfat je derivat vitamin B1. Nastali kompleks hidroksietil-TPP reagira z lipojsko kislino amid da nastane acetil-dihidroliponamid. Tiamin pirofosfat (TPP) se v procesu ponovno tvori nazaj. Za to reakcijo je odgovorna tudi komponenta piruvat dehidrogenaze. V nadaljnjem koraku acetil-dihidroliponamid reagira s koencimom A in tvori acetil-CoA. Za to reakcijo je odgovoren encim dihidrolipoil transacetilaza (E2). Acetil-CoA predstavlja tako imenovani aktiviran ocetna kislina. Ta spojina vstopi v citratni cikel kot substrat in predstavlja pomemben presnovek tako za anabolični kot katabolični metabolizem. Aktivirano ocetna kislina se tako lahko nadalje razgradi v ogljikov dioksid in voda ali pretvori v pomembne biološke podlage. En presnovek, ki že izhaja iz citratnega cikla, je α-ketoglutarat. Tudi α-ketoglutarat se pretvori s podobnimi pretvorbami z odprava ogljikovega dioksida. Tako nastane končni izdelek sukcinil-CoA. Sukcinil-CoA je vmesni produkt številnih presnovnih procesov. Nadalje se pretvori kot del citratnega cikla. Veliko aminokisline v citratni cikel vstopite samo prek vmesne faze sukcinil-CoA. Na ta način aminokisline valin, metionin, treonin ali izolevcin sta vključena v splošne presnovne procese. Na splošno so reakcije dekarboksilacije piruvata in α-ketoglutarata na meji anaboličnih in kataboličnih presnovnih procesov. Imajo osrednji pomen za presnovo. Hkrati nastajanje ogljikovega dioksida z dekarboksilacijo vstopi v splošni ogljikov dioksid ravnovesje. Pomen oksidativne dekarboksilacije je v tem, da se zaradi nje tvorijo presnovni presnovki, ki lahko služijo tako za proizvodnjo energije za organizem kot za kopičenje endogenih snovi. Dekarboksilacija ima tudi pomembno vlogo pri pretvorbi glutamat do γ-aminobuterne kisline (GABA). Ta reakcija, katalizirana s pomočjo glutamat dekarboksilaza, je edina pot za biosintezo GABA. GABA je najpomembnejši zaviralec nevrotransmiter v osrednjem živčni sistem. Poleg tega ima tudi ključno vlogo pri zaviranju hormona trebušne slinavke glukagon.
Bolezni in motnje
Motnje oksidativne dekarboksilacije lahko sproži pomanjkanje vitamin B1. Kot je bilo omenjeno zgoraj, vitamin B1 ali njegov derivat tiamin pirofosfat (TPP) ima ključno vlogo pri oksidativni dekarboksilaciji, zato pomanjkanje vitamina B1 vodi do motenj v energijski in gradbeni presnovi. Motnje presnove ogljikovih hidratov in živčni sistem rezultat. Polinevropatija se lahko razvije. Poleg tega simptomi utrujenost, razdražljivost, depresija, motnje vida, slabo koncentracija, izguba apetita in celo atrofija mišic. Poleg tega spomin motnje, pogoste glavoboli in anemija so opažene. Zaradi oslabljene proizvodnje energije je imunski sistem je tudi oslabljeno. Mišična oslabelost prizadene predvsem telečje mišice. Srce pojavijo se tudi šibkost, težko dihanje ali edem. V skrajni obliki je pomanjkanje vitamina B1 znano kot beriberi. Beriberi se pojavlja zlasti v regijah, kjer prehrana je zelo revna z vitaminom B1. To prizadene predvsem populacije z a prehrana temelji na am izdelkov in oluščenega riža. Druga bolezen, ki je posledica motnje dekarboksilacije, je tako imenovana spastična tetraplegična cerebralna paraliza tipa 1. Za to bolezen, pri kateri otroška cerebralna paraliza je sprožilec genetska napaka. Tako mutacija v GAD1 gen vodi do pomanjkanja encima glutamat dekarboksilaza. Glutamatna dekarboksilaza je odgovorna za pretvorbo glutamata v γ-aminobuterno kislino (GABA) s cepitvijo ogljikovega dioksida. Kot smo že omenili, je GABA glavni zaviralec nevrotransmiter osrednjega živčni sistem. Če se proizvede premalo GABA, možganov škoda nastane v zgodnji fazi. V primeru otroška cerebralna paraliza, to vodi do spastične paralize, ataksije in atetoze. Spastične ohromelosti povzroča trajno povečan mišični tonus, kar ima za posledico togo držo. Hkrati je usklajevanje gibanja je pri mnogih prizadetih osebah moten, kar imenujemo tudi ataksija. Poleg tega se lahko v okviru atetoze pojavijo nehoteni raztezajoči se in bizarni gibi zaradi stalnega menjavanja hipo- in hipertonusa mišic.
