Αποκαρβοξυλίωση

ΕΝΑ Αποκαρβοξυλίωση γενικά αντιπροσωπεύει τη διάσπαση του διοξειδίου του άνθρακα από ένα οργανικό οξύ.Στην περίπτωση των καρβοξυλικών οξέων, ο διαχωρισμός γίνεται πολύ καλά μέσω θέρμανσης και ενζυματικών αντιδράσεων. Η οξειδωτική αποκαρβοξυλίωση παίζει έναν ιδιαίτερα σημαντικό ρόλο, που οδηγεί σε ακετυλο-ΟοΑ στο σώμα όταν διασπάται το πυροσταφυλικό και σε ηλεκτρινυλο-ΟοΑ όταν διασπάται το α-κετογλουταρικό.

Τι είναι η αποκαρβοξυλίωση;

Η αποκαρβοξυλίωση παίζει σημαντικό ρόλο στο μεταβολισμό. Ο όρος αποκαρβοξυλίωση περιγράφει τον διαχωρισμό του διοξειδίου του άνθρακα από οργανικά μόρια. Υπάρχει ήδη η λεγόμενη ομάδα καρβοξυλίου εντός του μορίου, η οποία μπορεί να διαχωριστεί από τη δράση θερμότητας ή ενζυματικών αντιδράσεων.

Η ομάδα καρβοξυλίου περιέχει άτομο άνθρακα το οποίο συνδέεται με άτομο οξυγόνου με διπλό δεσμό και με ομάδα υδροξυλίου με έναν μόνο δεσμό.Αφού διαχωριστεί το διοξείδιο του άνθρακα, η καρβοξυλομάδα αντικαθίσταται από το άτομο υδρογόνου της υδροξυλομάδας. Για παράδειγμα, τα καρβοξυλικά οξέα μετατρέπονται σε υδρογονάνθρακες.

Όταν οι υδατάνθρακες, τα λίπη και οι πρωτεΐνες διασπώνται, η συνολική ισορροπία του καταβολικού μεταβολισμού δημιουργεί διοξείδιο του άνθρακα, νερό και ενέργεια. Η απελευθερούμενη ενέργεια αποθηκεύεται προσωρινά με τη μορφή ATP και επαναχρησιμοποιείται για βιολογική εργασία, παραγωγή θερμότητας ή για τη δημιουργία των ουσιών του σώματος. Οι αποκαρβοξυλιώσεις του πυροσταφυλικού και του α-κετογλουταρικού έχουν τεράστια σημασία στο πλαίσιο του μεταβολισμού.

Λειτουργία & εργασία

Η αποκαρβοξυλίωση λαμβάνει χώρα συνεχώς στον ανθρώπινο οργανισμό. Ένα σημαντικό υπόστρωμα είναι το πυροσταφυλικό, το οποίο αποκαρβοξυλιώνεται με τη βοήθεια πυροφωσφορικής θειαμίνης (ΤΡΡ). Αυτό δημιουργεί υδροξυαιθυλ ΤΡΡ (πυροφωσφορική υδροξυαιθυλ θειαμίνη) και διοξείδιο του άνθρακα. Το ένζυμο που είναι υπεύθυνο για αυτήν την αντίδραση είναι το συστατικό πυροσταφυλικής αφυδρογονάσης (Ε1).

Η πυροφωσφορική θειαμίνη είναι παράγωγο της βιταμίνης Β1. Το προκύπτον σύμπλοκο υδροξυαιθυλίου ΤΡΡ αντιδρά με αμίδιο λιποϊκού οξέος σχηματίζοντας ακετυλο διϋδρολιποναμίδιο. Η πυροφωσφορική θειαμίνη (TPP) επαναδιαμορφώνεται στη διαδικασία. Το συστατικό πυροσταφυλικής αφυδρογονάσης είναι επίσης υπεύθυνο για αυτήν την αντίδραση.

Σε ένα περαιτέρω βήμα, το ακετυλο διϋδρολιποναμίδιο αντιδρά με το συνένζυμο Α για να σχηματίσει ακετυλο CoA. Το ένζυμο διϋδρολιποϋλο τρανσακετυλάση (Ε2) είναι υπεύθυνο για αυτήν την αντίδραση. Το ακετυλο-CoA είναι το λεγόμενο ενεργοποιημένο οξικό οξύ. Αυτή η ένωση ρέει στον κύκλο του κιτρικού οξέος ως υπόστρωμα και είναι ένας σημαντικός μεταβολίτης τόσο για τον αναβολικό όσο και για τον καταβολικό μεταβολισμό. Το ενεργοποιημένο οξικό οξύ μπορεί να χωριστεί σε διοξείδιο του άνθρακα και νερό ή σε σημαντικά βιολογικά υποστρώματα εφαρμόστηκε.

Ένας μεταβολίτης που προέρχεται ήδη από τον κύκλο του κιτρικού οξέος είναι ο α-κετογλουταρικός εστέρας. Το Α-κετογλουταρικό μετατρέπεται επίσης μέσω παρόμοιων αντιδράσεων με την αποβολή του διοξειδίου του άνθρακα. Το τελικό προϊόν succinyl-CoA έχει δημιουργηθεί. Το Succinyl-CoA είναι ένα ενδιάμεσο προϊόν σε πολλές μεταβολικές διεργασίες. Θα συνεχίσει να εφαρμόζεται ως μέρος του κύκλου κιτρικού οξέος. Πολλά αμινοξέα εισέρχονται μόνο στον κύκλο του κιτρικού οξέος μέσω του ενδιάμεσου σταδίου succinyl-CoA. Με αυτόν τον τρόπο, τα αμινοξέα βαλίνη, μεθειονίνη, θρεονίνη ή ισολευκίνη ενσωματώνονται στις γενικές μεταβολικές διεργασίες.

Συνολικά, οι αντιδράσεις αποκαρβοξυλίωσης του πυροσταφυλικού και του α-κετογλουταρικού βρίσκονται στη διεπαφή μεταξύ αναβολικών και καταβολικών μεταβολικών διεργασιών. Είναι κεντρικής σημασίας για το μεταβολισμό. Ταυτόχρονα, ο σχηματισμός διοξειδίου του άνθρακα μέσω αποκαρβοξυλίωσης περιλαμβάνεται στο γενικό ισοζύγιο διοξειδίου του άνθρακα.

Η σημασία της οξειδωτικής αποκαρβοξυλίωσης έγκειται στο γεγονός ότι οι μεταβολίτες του μεταβολισμού σχηματίζονται ως αποτέλεσμα, οι οποίοι μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την παραγωγή ενέργειας για τον οργανισμό καθώς και για τη δημιουργία των ουσιών του ίδιου του σώματος. Η αποκαρβοξυλίωση παίζει επίσης σημαντικό ρόλο στη μετατροπή του γλουταμινικού σε γ-αμινοβουτυρικό οξύ (GABA). Αυτή η αντίδραση, που καταλύεται από γλουταμινική αποκαρβοξυλάση, είναι ο μόνος τρόπος βιοσύνθεσης του GABA. Το GABA είναι ο πιο σημαντικός ανασταλτικός νευροδιαβιβαστής στο κεντρικό νευρικό σύστημα. Παίζει επίσης βασικό ρόλο στην αναστολή της γλυκαγόνης της παγκρεατικής ορμόνης.

Ασθένειες και παθήσεις

Οι οξειδωτικές διαταραχές αποκαρβοξυλίωσης μπορούν να προκληθούν από έλλειψη βιταμίνης Β1. Όπως αναφέρθηκε ήδη, η βιταμίνη Β1 ή το παράγωγο της πυροφωσφορικής θειαμίνης (ΤΡΡ) παίζει τον καθοριστικό ρόλο στην οξειδωτική αποκαρβοξυλίωση. Ως εκ τούτου, η έλλειψη βιταμίνης Β1 οδηγεί σε διαταραχές της ενέργειας και στην οικοδόμηση του μεταβολισμού. Αυτό οδηγεί σε βλάβη του μεταβολισμού των υδατανθράκων και του νευρικού συστήματος. Μπορεί να αναπτυχθεί πολυνευροπάθεια. Επιπλέον, εμφανίζονται συμπτώματα κόπωσης, ευερεθιστότητας, κατάθλιψης, διαταραχών της όρασης, κακής συγκέντρωσης, απώλειας όρεξης και ακόμη και μυϊκής ατροφίας. Παρατηρούνται επίσης διαταραχές της μνήμης, συχνός πονοκέφαλος και αναιμία.

Το ανοσοποιητικό σύστημα εξασθενεί επίσης από τη μειωμένη παραγωγή ενέργειας. Η μυϊκή αδυναμία επηρεάζει κυρίως τους μύες του μόσχου. Εμφανίζονται επίσης καρδιακή ανεπάρκεια, δύσπνοια ή οίδημα. Στην ακραία μορφή του, η ανεπάρκεια βιταμίνης Β1 είναι γνωστή ως beriberi. Το Beriberi εμφανίζεται ιδιαίτερα σε περιοχές όπου η διατροφή είναι πολύ χαμηλή σε βιταμίνη Β1. Αυτό ισχύει κυρίως για τις ομάδες πληθυσμού που ειδικεύονται στη διατροφή με προϊόντα σόγιας και αποφλοιωμένο ρύζι.

Μια άλλη ασθένεια που μπορεί να εντοπιστεί σε μια διαταραχή αποκαρβοξυλίωσης είναι η λεγόμενη σπαστική τετραπληγική εγκεφαλική παράλυση τύπου 1. Για αυτήν την ασθένεια, στην οποία υπάρχει βρεφική εγκεφαλική παράλυση, η αιτία είναι ένα γενετικό ελάττωμα. Μια μετάλλαξη στο γονίδιο GAD1 οδηγεί σε ανεπάρκεια του ενζύμου γλουταμινικής αποκαρβοξυλάσης. Η γλουταμινική αποκαρβοξυλάση είναι υπεύθυνη για τη μετατροπή του γλουταμινικού σε γ-αμινοβουτυρικό οξύ (GABA) διαχωρίζοντας το διοξείδιο του άνθρακα. Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, το GABA είναι ο κύριος ανασταλτικός νευροδιαβιβαστής του κεντρικού νευρικού συστήματος. Εάν σχηματιστεί πολύ λίγο GABA, η εγκεφαλική βλάβη εμφανίζεται σε πρώιμο στάδιο. Στην περίπτωση της βρεφικής εγκεφαλικής παράλυσης, αυτά οδηγούν σε σπαστική παράλυση, αταξία και αθέτωση. Η σπαστική παράλυση προκύπτει από τον μόνιμα αυξημένο μυϊκό τόνο, με αποτέλεσμα μια άκαμπτη στάση. Ταυτόχρονα, ο συντονισμός των κινήσεων διαταράσσεται σε πολλά από αυτά που επηρεάζονται, η οποία είναι επίσης γνωστή ως αταξία. Επιπλέον, στο πλαίσιο της αθέτησης, μπορεί να υπάρξουν ακούσιες εκτεταμένες και περίεργες κινήσεις, καθώς υπάρχει μια συνεχής αλλαγή μεταξύ υποτονικών και υπερτονικών μυών.