Oxidatieve decarboxylering is een onderdeel van cellulaire ademhaling en komt voor in de mitochondria van de cel. Het eindproduct van oxidatieve decarboxylering, acetyl-coA, wordt vervolgens verder verwerkt in de citraatcyclus.
Wat is oxidatieve decarboxylering?
Oxidatieve decarboxylering is een onderdeel van cellulaire ademhaling en komt voor in de mitochondria van de cel. mitochondriën zijn celorganellen die in bijna alle cellen met een kern worden aangetroffen. Ze worden ook wel energiecentrales van de cel genoemd omdat ze het molecuul ATP (adenosine trifosfaat). ATP is de belangrijkste energiedrager in het menselijk lichaam en wordt verkregen door aërobe ademhaling. Aërobe ademhaling wordt ook wel cellulaire ademhaling of interne ademhaling genoemd. Cellulaire ademhaling is onderverdeeld in vier stappen. In het begin vindt glycolyse plaats. Dit wordt gevolgd door oxidatieve decarboxylering, vervolgens de citraatcyclus en uiteindelijk eindigt oxidatie (ademhalingsketen). Oxidatieve decarboxylering vindt plaats in de zogenaamde matrix van de mitochondriën. In het kort, pyruvaat, dat voornamelijk afkomstig is van glycolyse, wordt hier omgezet in acetyl-CoA. Voor dit doeleinde, pyruvaat, een zuuranion van pyrodruivenzuur, hecht zich aan thiaminepyrofosfaat (TPP). TPP is gevormd uit vitamine B1. Vervolgens wordt de carboxylgroep pyruvaat wordt afgesplitst als carbon dioxide (CO2). Dit proces wordt decarboxylering genoemd. Hydroxyethyl-TPP wordt tijdens het proces gevormd. Dit hydroxyethyl-TPP wordt vervolgens gekatalyseerd door de zogenaamde pyruvaatdehydrogenasecomponent, een subeenheid van het pyruvaatdehydrogenase-enzymcomplex. De acetylgroep die daarna overblijft, wordt overgebracht naar conenzym A door katalyse door middel van dihydrolipoyltransacetylase. Dit produceert acetyl-CoA, dat nodig is in de volgende citraatcyclus. Een multienzymcomplex bestaande uit de enzymen decarboxylase, oxidoreductase en dehydrogenase zijn vereist om deze reactie ongestoord te laten verlopen.
Functie en taak
Oxidatieve decarboxylering is een onmisbaar onderdeel van de interne ademhaling en dient dus, net als glycolyse, de citraatcyclus en het einde van oxidatie in de ademhalingsketen, om energie in cellen te produceren. Om dit te doen, nemen de cellen het op glucose en breek het af als onderdeel van glycolyse. In tien stappen worden twee pyruvaten uit één verkregen glucose molecuul. Dit is een voorwaarde voor oxidatieve decarboxylering. Hoewel ATP moleculen worden al verkregen tijdens glycolyse en oxidatieve decarboxylering, ze zijn veel minder dan tijdens de citraatcyclus die nu volgt. Kortom, een knalgasreactie vindt plaats in de cellen tijdens de citraatcyclus. Waterstof en zuurstof reageren met elkaar en energie in de vorm van ATP wordt geproduceerd bij het vrijkomen van carbon dioxide en water Ongeveer tien ATP moleculen kan worden gesynthetiseerd per ronde van een citraatcyclus. Als universele energiedrager is ATP essentieel voor het menselijk leven. Het energiemolecuul is de voorwaarde voor alle reacties in het menselijk lichaam. Zenuwimpulsen, spierbewegingen, de productie van hormonen, al deze processen vereisen ATP. Het lichaam vormt dus ongeveer 65 kg ATP per dag om in zijn energiebehoeften te voorzien. ATP kan in principe ook worden verkregen zonder zuurstof en dus zonder oxidatieve decarboxylering. Dit anaëroob metabolisme van melkzuur is echter veel minder productief dan het aëroob metabolisme en leidt ook tot de vorming van melkzuur Dit kan bij zware en langdurige inspanning leiden naar hyperaciditeit en oververmoeidheid van de aangetaste spier.
Ziekten en klachten
Een ziekte die wordt veroorzaakt door een verstoring van de oxidatieve decarboxylering is ahornsiroop ziekte. Hier zit de stoornis niet in de afbraak van glucose maar bij de afbraak van de aminozuren leucine, isoleucine en valine. De ziekte is erfelijk en manifesteert zich vaak direct na de geboorte. Getroffen pasgeborenen hebben last van brakenademhalingsstoornissen tot ademhalingsstilstand, lethargie of coma Schrille kreten, stuiptrekkingen en een overdreven high bloed suiker niveau zijn ook typisch. De defecte uitsplitsing van aminozuren resulteert in het zogenaamde 2-keto-3-methylvaleriaanzuur. Hierdoor krijgen de kinderen urine en zweet de eigenschap geur of ahornsiroop dat heeft geholpen om de ziekte zijn naam te geven. Indien onbehandeld, leidt de ziekte snel tot de dood. Bij oxidatieve decarboxylering, zoals reeds aangegeven, vitamine B1 (thiamine) speelt een belangrijke rol. Zonder thiamine is decarboxylering van pyruvaat tot acetyl-CoA niet mogelijk. Een ernstig B1-tekort is de oorzaak van de ziekte van Beriberi. Vroeger gebeurde dit vooral op plantages of in gevangenissen in Oost-Azië, waar mensen zich voornamelijk voedden met gepelde en gepolijste rijst, omdat vitamine B1 komt alleen voor in de schillen van rijstkorrels. Vanwege het tekort aan thiamine en de bijbehorende remming van oxidatieve decarboxylering, veroorzaakt de ziekte van beriberi voornamelijk aandoeningen in weefsels met een hoge energieomzetting. Deze omvatten skeletspier, hartspier en de zenuwstelsel De ziekte manifesteert zich als apathie, zenuwverlamming, vergroting van de hart-, hartfalen en oedeem. Een andere aandoening waarbij oxidatieve decarboxylering wordt verstoord, is glutaracidurie type I. Dit is een vrij zeldzame erfelijke ziekte. Getroffen personen hebben aanvankelijk lange tijd geen symptomen. De eerste symptomen verschijnen dan in de loop van een katabole crisis. Er treden ernstige bewegingsstoornissen op. De kofferbak is onstabiel. Begeleidend koorts kan gebeuren. Het vroege symptoom van glutaracidurie type I is macrocefalie, dwz een schedel dat is groter dan gemiddeld. Zodra de eerste symptomen optreden, vordert de ziekte snel. Kinderen die vroeg worden gediagnosticeerd, hebben echter een veelbelovende prognose en ontwikkelen zich gewoonlijk goed met de behandeling. De ziekte wordt echter vaak verkeerd gediagnosticeerd als encefalitiseen ontsteking van de hersenen De diagnose van glutaracidurie type I kan vrij gemakkelijk worden gesteld door urineonderzoek De ziekte is echter zeldzaam, dus de symptomen worden vaak verkeerd geïnterpreteerd en testen op de ziekte worden aanvankelijk niet gedaan.
