декарбоксилирование

декарбоксилирование обычно представляет собой отщепление диоксида углерода от органической кислоты.В случае карбоновых кислот отщепление происходит очень хорошо за счет нагревания и ферментативных реакций. Окислительное декарбоксилирование играет особенно важную роль, что приводит к образованию ацетил-КоА в организме при расщеплении пирувата и к сукцинил-КоА при расщеплении α-кетоглутарата.

Что такое декарбоксилирование?

Декарбоксилирование играет важную роль в метаболизме. Термин декарбоксилирование описывает отщепление диоксида углерода от органических молекул. Так называемая карбоксильная группа уже существует в молекуле, которая может быть отщеплена под действием тепла или ферментативных реакций.

Карбоксильная группа содержит атом углерода, который связан с атомом кислорода двойной связью и с гидроксильной группой одинарной связью.После отделения диоксида углерода карбоксильная группа заменяется атомом водорода гидроксильной группы. Например, карбоновые кислоты превращаются в углеводороды.

Когда углеводы, жиры и белки расщепляются, общий баланс катаболического метаболизма создает углекислый газ, воду и энергию. Высвободившаяся энергия временно сохраняется в форме АТФ и повторно используется для биологической работы, выработки тепла или для создания собственных веществ организма. Декарбоксилирование пирувата и α-кетоглутарата имеет огромное значение в контексте метаболизма.

Функция и задача

В организме человека декарбоксилирование происходит постоянно. Важным субстратом является пируват, который декарбоксилируется с помощью пирофосфата тиамина (ТФФ). Это создает гидроксиэтил-TPP (гидроксиэтилтиаминпирофосфат) и диоксид углерода. Фермент, ответственный за эту реакцию, - пируватдегидрогеназа (E1).

Пирофосфат тиамина является производным витамина B1. Полученный комплекс гидроксиэтил-ТФП реагирует с амидом липоевой кислоты с образованием ацетил дигидролипонамида. Пирофосфат тиамина (TPP) повторно образуется в процессе. Компонент пируватдегидрогеназы также ответственен за эту реакцию.

На следующей стадии ацетилдигидролипонамид реагирует с коферментом А с образованием ацетил-КоА. За эту реакцию отвечает фермент дигидролипоилтрансацетилаза (E2). Ацетил-КоА - это так называемая активированная уксусная кислота. Это соединение входит в цикл лимонной кислоты в качестве субстрата и является важным метаболитом как для анаболического, так и для катаболического метаболизма. Активированная уксусная кислота может расщепляться на диоксид углерода и воду или на важные биологические субстраты. реализованы.

Метаболит, который уже поступает из цикла лимонной кислоты, - это α-кетоглутарат. Α-Кетоглутарат также превращается в аналогичные реакции с удалением диоксида углерода. Создается конечный продукт сукцинил-КоА. Сукцинил-КоА является промежуточным продуктом во многих метаболических процессах. Он будет по-прежнему реализован как часть цикла лимонной кислоты. Многие аминокислоты входят в цикл лимонной кислоты только через промежуточную стадию сукцинил-КоА. Таким образом, аминокислоты валин, метионин, треонин или изолейцин интегрируются в общие метаболические процессы.

В целом, реакции декарбоксилирования пирувата и α-кетоглутарата находятся на границе анаболических и катаболических метаболических процессов. Они имеют центральное значение для обмена веществ. В то же время образование диоксида углерода путем декарбоксилирования входит в общий баланс диоксида углерода.

Важность окислительного декарбоксилирования заключается в том, что в результате образуются метаболиты, которые можно использовать для выработки энергии для организма, а также для создания собственных веществ. Декарбоксилирование также играет важную роль в превращении глутамата в γ-аминомасляную кислоту (ГАМК). Эта реакция, катализируемая глутаматдекарбоксилазой, является единственным способом биосинтеза ГАМК. ГАМК - самый важный тормозящий нейротрансмиттер в центральной нервной системе. Он также играет ключевую роль в подавлении гормона поджелудочной железы глюкагона.

Болезни и недуги

Нарушения окислительного декарбоксилирования могут быть вызваны дефицитом витамина B1. Как уже упоминалось, витамин B1 или его производное тиаминпирофосфат (TPP) играет решающую роль в окислительном декарбоксилировании. Следовательно, недостаток витамина B1 приводит к нарушению энергетического и строительного обмена. Это приводит к нарушению углеводного обмена и нервной системы. Может развиться полинейропатия. Кроме того, возникают симптомы утомляемости, раздражительности, депрессии, нарушения зрения, плохой концентрации внимания, потери аппетита и даже атрофии мышц. Также наблюдаются нарушения памяти, частые головные боли и анемия.

Иммунная система также ослаблена из-за нарушения выработки энергии. Слабость мышц в основном влияет на икроножные мышцы. Также возникает сердечная недостаточность, одышка или отеки. В своей крайней форме дефицит витамина B1 известен как бери-бери. Бери-бери встречается особенно в регионах, где в рационе очень мало витамина B1. В первую очередь это относится к группам населения, специализирующимся на питании соевыми продуктами и лущеным рисом.

Еще одно заболевание, которое может быть связано с нарушением декарбоксилирования, - это так называемый спастический тетраплегический церебральный паралич 1-го типа. Причиной этого заболевания, при котором имеется детский церебральный паралич, является генетический дефект. Мутация в гене GAD1 приводит к дефициту фермента глутаматдекарбоксилазы. Глутаматдекарбоксилаза отвечает за преобразование глутамата в γ-аминомасляную кислоту (ГАМК) путем отщепления диоксида углерода. Как упоминалось ранее, ГАМК является основным тормозным нейромедиатором центральной нервной системы. Если образуется слишком мало ГАМК, повреждение головного мозга происходит на ранней стадии. В случае детского церебрального паралича они приводят к спастическому параличу, атаксии и атетозу. Спастический паралич возникает из-за постоянно повышенного мышечного тонуса, что приводит к ригидности осанки. В то же время у многих из них нарушается координация движений, что также известно как атаксия. Кроме того, в контексте атетоза могут наблюдаться непроизвольные разгибания и странные движения, так как между гипотоническими и гипертоническими мышцами существует постоянное изменение.