Decarboxylering vertegenwoordigt in het algemeen een splitsing van carbon dioxide uit een organisch zuur. In het geval van carbonzuren, decarboxylering verloopt zeer goed door verhitting en enzymatische reacties. Oxidatieve decarboxylering speelt een bijzonder belangrijke rol en leidt in het organisme tot acetyl-CoA bij de afbraak van pyruvaat en op succinyl-CoA bij de afbraak van a-ketoglutaraat.
Wat is decarboxylering?
Decarboxylering vertegenwoordigt in het algemeen een splitsing van carbon dioxide uit een organisch zuur. Decarboxylering speelt een belangrijke rol bij het metabolisme. De term decarboxylering beschrijft het afsplitsen van carbon kooldioxide uit organisch moleculen In dit proces bestaat al een zogenaamde carboxylgroep in het molecuul, die kan worden afgesplitst door inwerking van warmte of enzymatische reacties. De carboxylgroep bevat een koolstofatoom, dat is verbonden met een zuurstof atoom door een dubbele binding en aan een hydroxylgroep door een enkele binding. De waterstof atoom van de hydroxylgroep neemt daarna de plaats in van de carboxylgroep kooldioxide decollete. Bijvoorbeeld, carbonzuren worden omgezet in koolwaterstoffen. Wanneer koolhydraten, vetten en eiwitten worden afgebroken, kooldioxide, water en energie wordt geproduceerd in het geheel evenwicht van katabool metabolisme. De vrijkomende energie wordt tijdelijk opgeslagen in de vorm van ATP en hergebruikt voor biologisch werk, warmteopwekking of voor het opbouwen van lichaamseigen stoffen. In de context van metabolisme, de decarboxylaties van pyruvaat en α-ketoglutaraat zijn van enorm belang.
Functie en rol
Decarboxylaties komen constant voor in het menselijk organisme. Een belangrijk substraat is pyruvaat, dat wordt gedecarboxyleerd met behulp van thiamine pyrofosfaat (TPP). Hydroxyethyl TPP (hydroxyethylthiamine pyrofosfaat) en kooldioxide worden gevormd. Het enzym dat verantwoordelijk is voor deze reactie is de pyruvaatdehydrogenasecomponent (E1). Thiamine pyrofosfaat is een derivaat van vitamine B1. Het resulterende hydroxyethyl-TPP-complex reageert met liponzuur amide om acetyl-dihydroliponamide te vormen. Thiaminepyrofosfaat (TPP) wordt tijdens het proces weer gevormd. De pyruvaatdehydrogenase-component is ook verantwoordelijk voor deze reactie. In een volgende stap reageert acetyl-dihydroliponamide met co-enzym A om acetyl-CoA te vormen. Het enzym dihydrolipoyltransacetylase (E2) is verantwoordelijk voor deze reactie. Acetyl-CoA staat voor het zogenaamde geactiveerd azijnzuur Deze verbinding komt als substraat in de citraatcyclus en vertegenwoordigt een belangrijke metaboliet voor zowel het anabole als het katabole metabolisme. De geactiveerde azijnzuur kan dus verder worden afgebroken tot kooldioxide en water of omgezet in belangrijke biologische substraten. Een metaboliet, die al is afgeleid van de citraatcyclus, is α-ketoglutaraat. α-ketoglutaraat wordt ook omgezet door vergelijkbare conversies met eliminatie van kooldioxide. Dit levert het eindproduct succinyl-CoA op. Succinyl-CoA is een tussenproduct van veel stofwisselingsprocessen. Het wordt verder omgezet als onderdeel van de citraatcyclus. Veel aminozuren pas de citraatcyclus binnen via het tussenstadium succinyl-CoA. Op deze manier kan het aminozuren valine, methionine, worden threonine of isoleucine geïntegreerd in de algemene metabolische processen. Over het algemeen bevinden de decarboxyleringsreacties van pyruvaat en α-ketoglutaraat zich op het grensvlak van anabole naar katabole metabolische processen. Ze hebben een centraal belang voor het metabolisme. Tegelijkertijd komt de vorming van kooldioxide door decarboxylering in het algemene kooldioxide terecht evenwicht Het belang van oxidatieve decarboxylering ligt in het feit dat hierdoor metabolieten van metabolisme worden gevormd, die zowel kunnen dienen voor de energieproductie voor het organisme als voor de opbouw van endogene stoffen. Decarboxylering speelt ook een belangrijke rol bij de omzetting van glutamaat tot γ-aminoboterzuur (GABA). Deze reactie wordt gekatalyseerd met behulp van glutamaat decarboxylase, is de enige route voor de biosynthese van GABA. GABA is de belangrijkste remmende factor neurotransmitter in het midden zenuwstelsel Bovendien speelt het ook een cruciale rol bij de remming van het pancreashormoon glucagon.
Ziekten en aandoeningen
Stoornissen van oxidatieve decarboxylering kunnen worden veroorzaakt door een tekort aan vitamine B1. Zoals hierboven vermeld, vitamine B1 of zijn derivaat thiamine pyrofosfaat (TPP) speelt een cruciale rol bij oxidatieve decarboxylering. Daarom leidt een tekort aan vitamine B1 tot verstoringen van de energie- en bouwstofwisseling. Stoornissen van het koolhydraatmetabolisme en de zenuwstelsel resultaat. polyneuropathie Kan ontwikkelen. Bovendien symptomen van 피로prikkelbaarheid, Depressie, visuele stoornissen, slecht concentratie, verlies van eetlust en zelfs spieratrofie treedt op. Verder geheugen aandoeningen, frequent hoofdpijn en bloedarmoede worden waargenomen. Vanwege de verminderde energieproductie, de immuunsysteem is ook verzwakt. Spierzwakte treft vooral de kuitspieren. Hart zwakte, kortademigheid of oedeem komen ook voor. In zijn extreme vorm staat vitamine B1-tekort bekend als beriberi. Beriberi komt vooral voor in regio's waar de dieet is erg arm aan vitamine B1. Dit treft vooral populaties met een dieet gebaseerd op am producten en gepelde rijst. Een andere ziekte, die het gevolg is van een decarboxyleringsstoornis, is de zogenaamde spastische tetraplegische hersenverlamming type 1. Voor deze ziekte, waarbij infantiele hersenverlamming aanwezig is, is de trigger een genetisch defect. Dus een mutatie in de GAD1 gen leidt tot een tekort aan het enzym glutamaat decarboxylase. Glutamaatdecarboxylase is verantwoordelijk voor de omzetting van glutamaat in γ-aminoboterzuur (GABA) met kooldioxide-splitsing. Zoals hierboven vermeld, is GABA de belangrijkste remmende factor neurotransmitter van de centrale zenuwstelsel Als er te weinig GABA wordt geproduceerd, hersenen schade ontstaat in een vroeg stadium. In het geval van infantiele hersenverlamming, dit leidt tot spastische verlamming, ataxie en athetose. De spastische verlammingen worden veroorzaakt door de permanent verhoogde spierspanning, wat resulteert in een starre houding. Tegelijkertijd is het coördinatie van bewegingen wordt bij veel getroffen personen verstoord, wat ook wel ataxie wordt genoemd. Bovendien kunnen onvrijwillige uitstrekkende en bizarre bewegingen optreden in de context van athetose vanwege een constante afwisseling tussen hypo- en hypertonie van de spieren.
