Hapettava dekarboksylointi

oksidatiivinen dekarboksylointi on osa solun hengitystä ja tapahtuu solun mitokondrioissa. Hapettavan dekarboksyloinnin lopputuote, asetyyli-coA, prosessoidaan sitten edelleen sitruunahapposyklissä.

Mikä on oksidatiivinen dekarboksylaatio?

Mitokondriat ovat soluorganelleja, joita löytyy melkein kaikista soluista, joissa on ydin. Ne tunnetaan myös solun voimalaitoksina, koska ne muodostavat molekyylin ATP (adenosiinitrifosfaatti). ATP on tärkein energian kantaja ihmiskehossa ja se saadaan aerobisella hengityksellä. Aerobista hengitystä kutsutaan myös soluhengitykseksi tai sisäiseksi hengitykseksi.

Soluhengitys on jaettu neljään vaiheeseen. Glykolyysi tapahtuu alussa. Tätä seuraa oksidatiivinen dekarboksylointi, sitten sitruunahapposykli ja lopulta lopullinen hapetus (hengitysketju).

Hapettava dekarboksylaatio tapahtuu mitokondrioiden ns. Matriisissa. Lyhyesti sanottuna, pyruvaatti, joka lähinnä tulee glykolyysiä, muunnetaan tässä asetyyli-CoA: ksi. Tätä varten pyruvaatti, pyruvihapon happoanioni, sitoutuu tiamiinipyrofosfaattiin (TPP). TPP muodostuu B1-vitamiinista. Sitten pyruvaatin karboksyyliryhmä jaetaan hiilidioksidiksi (CO2). Tätä prosessia kutsutaan dekarboksylaatioksi. Tämä muodostaa hydroksietyyli-TPP: n.

Tätä hydroksietyyli-TPP: tä katalysoi sitten ns. Pyruvaattidehydrogenaasikomponentti, pyruvaattidehydrogenaasientsyymikompleksin alayksikkö. Jäljelle jäänyt asetyyliryhmä siirretään konentsyymiin A katalyytin avulla dihydrolipoyylitransasetylaasilla. Tämä luo asetyyli-CoA: ta, jota vaaditaan seuraavassa sitruunahapposyklissä. Monentsyymikompleksi, joka koostuu entsyymeistä dekarboksylaasista, oksidoreduktaasista ja dehydrogenaasista, tarvitaan tämän reaktion etenemiseen ilman häiriöitä.

Toiminto ja tehtävä

Oksidatiivinen dekarboksylointi on välttämätön osa sisäistä hengitystä ja, kuten glykolyysi, sitruunahapposykli ja loppuhapettuminen hengitysketjussa, tuottaa energiaa soluissa. Tätä varten solut ottavat glukoosin ja hajottavat sen osana glykolyysiä. Yhdestä glukoosimolekyylistä saadaan kaksi pyruvaattia kymmenessä vaiheessa. Nämä ovat ennakkoedellytys oksidatiiviselle dekarboksyloinnille.

On totta, että ATP-molekyylejä saadaan myös glykolyysin ja oksidatiivisen dekarboksyloinnin aikana, mutta huomattavasti vähemmän kuin seuraavassa sitruunahapposyklissä. Periaatteessa happivetyreaktio tapahtuu soluissa sitruunahapposyklin aikana. Vety ja happi reagoivat keskenään ja vapauttaessaan hiilidioksidia ja vettä energiaa syntyy ATP: n muodossa. Noin kymmenen ATP-molekyyliä voidaan syntetisoida sitruunahapposyklin kierrosta kohti.

Yleisenä energianlähteenä ATP on elintärkeä ihmisille. Energiamolekyyli on edellytys kaikille ihmiskehossa tapahtuville reaktioille. Hermoimpulssit, lihasliikkeet, hormonien tuotanto, kaikki nämä prosessit vaativat ATP: tä. Keho tuottaa noin 65 kg ATP: tä päivässä täyttääkseen energiatarpeensa.

Periaatteessa ATP voidaan saada myös ilman happea ja siten ilman oksidatiivista dekarboksylaatiota. Tämä anaerobinen maitohappometabolia on kuitenkin huomattavasti vähemmän tuottavaa kuin aerobinen aineenvaihdunta ja johtaa myös maitohapon muodostumiseen. Raskaan ja pitkäaikaisen rasituksen tapauksessa tämä voi johtaa sairastuneen lihaksen ylimäärin happamiseen ja väsymykseen.

Sairaudet ja vaivat

Yksi hapettavan dekarboksylaation häiriön aiheuttama sairaus on vaahterasiirappitauti. Tässä ei ole ongelma glukoosin hajoamisessa, vaan aminohappojen leusiinin, isoleusiinin ja valiinin hajoamisessa. Tauti on peritty ja ilmenee usein heti syntymän jälkeen. Kyseiset vastasyntyneet kärsivät oksentamisesta, hengitysvaikeuksista hengityskatkoksiin saakka, uneliaisuudesta tai koomaan. Korkeat huudot, kouristukset ja liian korkea verensokeritaso ovat myös tyypillisiä. Niin kutsuttu 2-keto-3-metyylivaleriinihappo muodostuu aminohappojen virheellisestä hajoamisesta. Tämä antaa lasten virtsalle ja hikeelle tyypillisen vaahterasiirappin tuoksun, joka antoi sairaudelle nimen. Hoitamatta jättäminen johtaa nopeasti kuolemaan.

Kuten jo osoitettiin, B1-vitamiinilla (tiamiinilla) on tärkeä rooli oksidatiivisessa dekarboksylaatiossa. Ilman tiamiinia pyruvaatin dekarboksyloituminen asetyyli-CoA: n muodostumisen yhteydessä ei ole mahdollista. Vakava B1-puutos on beriberi-taudin syy.Aikaisemmin tätä tapahtui lähinnä Itä-Aasian viljelmissä tai vankiloissa, joissa ihmiset söivät pääasiassa kuorittua ja kiillotettua riisiä, koska B1-vitamiinia löytyy vain riisinjyvien kuorista.

Tiamiinin puutteen ja siihen liittyvän hapettavan dekarboksylaation estämisen takia beriberi-tauti johtaa pääasiassa häiriöihin kudoksissa, joilla on suuri energianvaihto. Näitä ovat luustolihakset, sydänlihakset ja hermosto. Tauti ilmenee apatiana, hermohalvauksena, sydämen laajentumisena, sydämen vajaatoiminnan ja turvotuksen muodossa.

Toinen sairaus, jossa oksidatiivinen dekarboksylaatio on häiritty, on tyypin I glutaarihappuria, joka on melko harvinainen perinnöllinen sairaus. Vaikuttajilla ei ole aluksi pitkään oireita. Ensimmäiset oireet ilmestyvät sitten katabolisen kriisin yhteydessä. Vakavia liikuntahäiriöitä esiintyy. Runko on epävakaa. Kuume voi myös esiintyä.

Tyypin I glutaarihappouria varhainen oire on makrokefalia, ts. Keskimääräistä suurempi kallo. Heti kun ensimmäiset oireet ilmenevät, tauti etenee nopeasti. Varhaisessa vaiheessa diagnosoiduilla lapsilla on kuitenkin lupaava ennuste ja he kehittyvät yleensä hyvin hoidon kanssa. Sairautta tulkitaan kuitenkin usein väärin enkefaliitiksi, toisin sanoen aivojen tulehdukseksi.

Tyypin I glutaarihappuria diagnoosin voi tehdä melko helposti virtsa-analyysin avulla. Tauti on kuitenkin harvinainen, joten oireita tulkitaan usein väärin eikä tautia tutkita aluksi.