דקבוקסילציה: פונקציה, תפקיד ומחלות

Decarboxylation בדרך כלל מייצג מחשוף של פַּחמָן דו-חמצני מחומצה אורגנית. במקרה של חומצות קרבוקסיליות, דקארבוקסילציה מתקדמת טוב מאוד על ידי חימום ותגובות אנזימטיות. דקרבוקסילציה חמצונית ממלאת תפקיד חשוב במיוחד, המוביל באורגניזם לאצטיל-CoA בהשפלה של פירובטה ול succinyl-CoA בהשפלה של α-ketoglutarate.

מהי דקארבוקסילציה?

Decarboxylation בדרך כלל מייצג מחשוף של פַּחמָן דו-חמצני מחומצה אורגנית. דקארבוקסילציה ממלאת תפקיד חשוב בחילוף החומרים. המונח דקארבוקסילציה מתאר את ההתפצלות של פַּחמָן דו-חמצני מאורגני מולקולות. בתהליך זה, קבוצה קרבוקסילית כביכול כבר קיימת בתוך המולקולה, שניתנת לפיצול על ידי פעולת חום או תגובות אנזימטיות. קבוצת הקרבוקסיל מכילה אטום פחמן המחובר ל- חמצן אטום על ידי קשר כפול ולקבוצת הידרוקסיל על ידי קשר יחיד. ה הידרוגנציה אטום של קבוצת ההידרוקסיל תופס את מקומה של קבוצת הקרבוקסיל לאחר פחמן דו חמצני מַחשׂוֹף. לדוגמה, חומצות קרבוקסיליות מומרים לפחמימנים. מתי פחמימות, שומנים ו חלבונים נשברים, פחמן דו חמצני, מַיִם ואנרגיה מופקת בסך הכל לאזן של חילוף חומרים קטבוליים. האנרגיה המשתחררת מאוחסנת באופן זמני בצורת ATP ומשתמשת בה מחדש לעבודה ביולוגית, לייצור חום או לבניית חומרי הגוף עצמו. בהקשר של חילוף החומרים, הדקרבוקסילציות של פירובטה ול- α-ketoglutarate יש חשיבות עצומה.

פונקציה ותפקיד

דקארבוקסילציות מתרחשות כל הזמן באורגניזם האנושי. מצע חשוב אחד הוא פירובטה, אשר מנוטרל באמצעות קרבוקסיל בעזרת פירופוספט תיאמין (TPP). Hydroxyethyl TPP (hydroxyethyl thiamine pyrophosphate) ו- פחמן דו חמצני נוצרים. האנזים האחראי לתגובה זו הוא רכיב פירובט דה-הידרוגנאז (E1). פירופוספט תיאמין הוא נגזרת של ויטמין B1. קומפלקס ההידרוקסיאתיל- TPP שנוצר מגיב עם חומצה ליפואית amide ליצירת אצטיל דיהידרוליפונמיד. פיראמפוספט תיאמין (TPP) נוצר שוב בתהליך. מרכיב הפירובט דהידרוגנאז אחראי גם לתגובה זו. בשלב נוסף, אצטיל-דיהידרוליפונאמיד מגיב עם קואנזים A ליצירת אצטיל-CoA. האנזים dihydrolipoyl transacetylase (E2) אחראי לתגובה זו. Acetyl-CoA מייצג את מה שמכונה מופעל חומצה אצטית. תרכובת זו נכנסת למעגל הציטראט כמצע ומייצגת מטבוליט חשוב הן לחילוף החומרים האנבוליים והן לקטבוליים. המופעל חומצה אצטית כך ניתן להשפל עוד יותר לפחמן דו חמצני ו מַיִם או הוסב למצעים ביולוגיים חשובים. מטבוליט אחד, שכבר נגזר ממחזור הציטראט, הוא α-ketoglutarate. α-Ketoglutarate מומר גם על ידי המרות דומות עם חיסול של פחמן דו חמצני. זה מייצר את המוצר הסופי succinyl-CoA. Succinyl-CoA הוא תוצר ביניים של תהליכים מטבוליים רבים. זה מומר עוד כחלק ממחזור ציטראט. רב חומצות אמינו רק להיכנס למחזור ציטראט דרך שלב הביניים succinyl-CoA. בדרך זו, ה חומצות אמינו וליין, מתיונין, טריאונין או איזולאוצין משולבים בתהליכים המטבוליים הכלליים. בסך הכל, התגובות הדה-קרבוקסילציה של פירובט ו- α-ketoglutarate ממוקמות בממשק של תהליכים מטבוליים אנבוליים לקטבוליים. יש להם חשיבות מרכזית לחילוף החומרים. במקביל, יצירת פחמן דו חמצני על ידי דקארבוקסילציה נכנסת לפחמן הדו-חמצני הכללי לאזן. החשיבות של דקארבוקסילציה חמצונית נעוצה בעובדה שמטבוליטים של חילוף החומרים נוצרים כתוצאה ממנו, אשר יכולים לשמש הן לייצור אנרגיה לאורגניזם והן להצטברות חומרים אנדוגניים. Decarboxylation ממלא גם תפקיד חשוב בהמרה של גלוטמט לחומצה γ-aminobutyric (GABA). תגובה זו, מזורזת בעזרת גלוטמט דקארבוקסילאז, הוא המסלול היחיד לביוסינתזה של GABA. GABA הוא המעכב החשוב ביותר נוירוטרנסמיטר במרכז מערכת העצבים. יתר על כן, הוא גם ממלא תפקיד מכריע בעיכוב הורמון הלבלב גלוקגון.

מחלות והפרעות

הפרעות בדקרבוקסילציה חמצונית יכולות להיות מופעלות על ידי מחסור של ויטמין B1. כמוזכר לעיל, ויטמין B1 או פירופוספט תיאמין הנגזר שלו (TPP) ממלא את התפקיד המכריע בדקרבוקסילציה חמצונית. לכן, מחסור בוויטמין B1 מוביל להפרעות באנרגיה ולחילוף חומרים בבניין. ליקויים בחילוף החומרים בפחמימות ו מערכת העצבים תוֹצָאָה. פולינופורופתיה עלול להתפתח. בנוסף, תסמינים של עייפות, עצבנות, דכאון, הפרעות ראייה, גרועות ריכוז, אובדן תיאבון ואפילו ניוון שרירים מתרחש. יתר על כן, זיכרון הפרעות, תכופות כאבי ראש ו אנמיה נצפים. עקב פגיעה בייצור האנרגיה, המערכת החיסונית גם הוא נחלש. חולשת שרירים משפיעה בעיקר על שרירי השוקיים. לֵב חולשה, קוצר נשימה או בצקת מופיעים גם כן. בצורתו הקיצונית, מחסור בוויטמין B1 מכונה בריברי. בריברי מתרחשת במיוחד באזורים שבהם דיאטה דל מאוד בוויטמין B1. זה משפיע בעיקר על אוכלוסיות עם דיאטה מבוסס על אני מוצרים ואורז קלוף. מחלה נוספת, הנובעת מהפרעה של דקארבוקסילציה, היא מה שנקרא שיתוק מוחין טטראפלגי ספסטי 1. למחלה זו, בה שיתוק מוחין אינפנטילי קיים, הטריגר הוא מום גנטי. לפיכך, מוטציה ב- GAD1 גֵן מוביל למחסור באנזים גלוטמט דקארבוקסילאז. גלוטמט דקארבוקסילאז אחראי להמרה של גלוטמט לחומצה γ-aminobutyric (GABA) עם מחשוף פחמן דו חמצני. כאמור לעיל, גאבא הוא המעכב העיקרי נוירוטרנסמיטר של המרכז מערכת העצבים. אם מייצרים מעט מדי GABA, מוֹחַ נזק מתרחש בשלב מוקדם. במקרה של שיתוק מוחין אינפנטילי, זה מוביל לשיתוק ספסטי, אטקסיה ואתתוזה. השיתוקים הספסטיים נגרמים על ידי טונוס השרירים המוגבר לצמיתות, מה שמביא ליציבה נוקשה. במקביל, ה תאום תנועות מופרעות אצל אנשים מושפעים רבים, המכונה גם אטקסיה. בנוסף, תנועות התרחבות לא רצוניות ומוזרות עלולות להתרחש בהקשר לאתטוזיס בגלל החלפה מתמדת בין היפו- והיפרטון של השרירים.