Decarboxylering

EEN Decarboxylering vertegenwoordigt in het algemeen de afsplitsing van kooldioxide uit een organisch zuur In het geval van carbonzuren verloopt de afsplitsing zeer goed door verhitting en enzymatische reacties. Oxidatieve decarboxylering speelt een bijzonder belangrijke rol, die leidt tot acetyl-CoA wanneer pyruvaat wordt afgebroken en tot succinyl-CoA wanneer α-ketoglutaraat wordt afgebroken.

Wat is decarboxylering?

Decarboxylering speelt een belangrijke rol bij het metabolisme. De term decarboxylering beschrijft de afsplitsing van kooldioxide van organische moleculen. Binnen het molecuul bestaat al een zogenaamde carboxylgroep, die door warmte of enzymatische reacties kan worden afgesplitst.

De carboxylgroep bevat een koolstofatoom dat met een zuurstofatoom is verbonden door een dubbele binding en met een hydroxylgroep door een enkele binding.Nadat kooldioxide is afgesplitst, wordt de carboxylgroep vervangen door het waterstofatoom van de hydroxylgroep. Zo worden carbonzuren omgezet in koolwaterstoffen.

Wanneer koolhydraten, vetten en eiwitten worden afgebroken, creëert de algehele balans van het katabole metabolisme kooldioxide, water en energie. De vrijgekomen energie wordt tijdelijk opgeslagen in de vorm van ATP en hergebruikt voor biologisch werk, warmteontwikkeling of voor het opbouwen van lichaamseigen stoffen. De decarboxylaties van pyruvaat en α-ketoglutaraat zijn van enorm belang in de context van metabolisme.

Functie en taak

Decarboxylering vindt constant plaats in het menselijk organisme. Een belangrijk substraat is pyruvaat, dat wordt gedecarboxyleerd met behulp van thiaminepyrofosfaat (TPP). Hierdoor ontstaan ​​hydroxyethyl-TPP (hydroxyethylthiaminepyrofosfaat) en kooldioxide. 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 liponzuuramide om acetyl dihydroliponamide te vormen. Thiaminepyrofosfaat (TPP) wordt tijdens het proces opnieuw 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 vertegenwoordigt het zogenaamde geactiveerde azijnzuur. Deze verbinding stroomt als substraat in de citroenzuurcyclus en vertegenwoordigt een belangrijke metaboliet voor zowel het anabole als katabole metabolisme. Het geactiveerde azijnzuur kan worden afgebroken tot kooldioxide en water of in belangrijke biologische substraten geïmplementeerd.

Een metaboliet die al uit de citroenzuurcyclus komt, is α-ketoglutaraat. Ss-ketoglutaraat wordt ook omgezet door soortgelijke reacties met de eliminatie van kooldioxide. Het eindproduct succinyl-CoA ontstaat. Succinyl-CoA is een tussenproduct in veel stofwisselingsprocessen. Het wordt verder geïmplementeerd als onderdeel van de citroenzuurcyclus. Veel aminozuren komen pas in de citroenzuurcyclus via het tussenstadium succinyl-CoA. Op deze manier worden de aminozuren valine, methionine, threonine of isoleucine geïntegreerd in de algemene metabolische processen.

Over het algemeen bevinden de decarboxyleringsreacties van pyruvaat en α-ketoglutaraat zich op het grensvlak tussen anabole en katabole metabolische processen. Ze zijn van centraal belang voor de stofwisseling. Tegelijkertijd maakt de vorming van kooldioxide door decarboxylering deel uit van de algemene kooldioxidebalans.

Het belang van oxidatieve decarboxylering ligt in het feit dat hierdoor metabolieten van de stofwisseling worden gevormd, die zowel voor het opwekken van energie voor het organisme als voor de opbouw van lichaamseigen stoffen kunnen worden gebruikt. Decarboxylering speelt ook een belangrijke rol bij de omzetting van glutamaat in γ-aminoboterzuur (GABA). Deze reactie, gekatalyseerd door glutamaat decarboxylase, is de enige manier om GABA te biosynthetiseren. GABA is de belangrijkste remmende neurotransmitter in het centrale zenuwstelsel. Het speelt ook een sleutelrol bij het remmen van het pancreashormoon glucagon.

Ziekten en aandoeningen

Oxidatieve decarboxyleringsstoornissen kunnen worden veroorzaakt door een tekort aan vitamine B1. Zoals reeds vermeld, speelt vitamine B1 of zijn derivaat thiaminepyrofosfaat (TPP) de doorslaggevende rol bij oxidatieve decarboxylering. Daarom leidt een tekort aan vitamine B1 tot stoornissen van de energie- en bouwstofwisseling. Dit leidt tot een verstoring van de koolhydraatstofwisseling en het zenuwstelsel. Er kan een polyneuropathie ontstaan. Bovendien treden symptomen op van vermoeidheid, prikkelbaarheid, depressie, gezichtsstoornissen, slechte concentratie, verminderde eetlust en zelfs spieratrofie. Geheugenstoornissen, frequente hoofdpijn en bloedarmoede worden ook waargenomen.

Het immuunsysteem wordt ook verzwakt door de verminderde energieproductie. De spierzwakte treft vooral de kuitspieren. Hartfalen, kortademigheid of oedeem komen ook voor. In zijn extreme vorm staat vitamine B1-tekort bekend als beriberi. Beriberi komt vooral voor in streken waar de voeding zeer weinig vitamine B1 bevat. Dit geldt vooral voor de bevolkingsgroepen die zich hebben gespecialiseerd in voeding met sojaproducten en gedopte rijst.

Een andere ziekte die kan worden herleid tot een decarboxyleringsstoornis is de zogenaamde spastische tetraplegische hersenverlamming van type 1. Bij deze ziekte, waarbij sprake is van infantiele hersenverlamming, is de trigger een genetisch defect. Een mutatie in het GAD1-gen leidt tot een tekort aan het enzym glutamaatdecarboxylase. Glutamaatdecarboxylase is verantwoordelijk voor de omzetting van glutamaat in γ-aminoboterzuur (GABA) door kooldioxide af te splitsen. Zoals eerder vermeld, is GABA de belangrijkste remmende neurotransmitter van het centrale zenuwstelsel. Als er te weinig GABA wordt gevormd, treedt in een vroeg stadium hersenschade op. In het geval van infantiele hersenverlamming leiden deze tot spastische verlamming, ataxie en athetose. De spastische verlamming is het gevolg van de permanent verhoogde spierspanning, wat resulteert in een stijve houding. Tegelijkertijd is de coördinatie van bewegingen bij veel van de getroffenen verstoord, ook bekend als ataxie. Bovendien kunnen er in de context van athetose onvrijwillige uitstrekkende en bizarre bewegingen zijn, omdat er een constante verandering is tussen hypotone en hypertone spieren.