Oxidativ dekarboxylering

De oxidativ dekarboxylering är en del av cellandningen och äger rum i cellens mitokondrier. Slutprodukten av den oxidativa dekarboxyleringen, acetyl-coA, bearbetas sedan vidare i citronsyracykeln.

Vad är oxidativ dekarboxylering?

Mitokondrier är cellorganeller som finns i nästan alla celler med en kärna. De är också kända som kraftverk i cellen eftersom de bildar molekylen ATP (adenosintrifosfat). ATP är den viktigaste energibäraren i människokroppen och erhålls genom aerob andning. Aerob andning kallas också cellandning eller intern andning.

Cellandning är indelad i fyra steg. Glykolys sker i början. Detta följs av den oxidativa dekarboxyleringen, sedan citronsyrecykeln och slutligen den slutliga oxidationen (andningskedjan).

Den oxidativa dekarboxyleringen sker i den så kallade matrisen i mitokondrierna. Kort sagt, pyruvat, som mestadels kommer från glykolys, omvandlas till acetyl-CoA här. För detta fästes pyruvat, en syraanjon av pyruvinsyra, till tiaminpyrofosfat (TPP). TPP bildas av vitamin B1. Karboxylgruppen i pyruvat delas sedan ut som koldioxid (CO2). Denna process kallas dekarboxylering. Detta skapar hydroxietyl-TPP.

Denna hydroxietyl-TPP katalyseras sedan av den så kallade pyruvatdehydrogenaskomponenten, en underenhet av pyruvatdehydrogenasenzymkomplexet. Den återstående acetylgruppen överförs till konenzymet A med hjälp av katalys med dihydrolipoyltransacetylas. Detta skapar acetyl-CoA, vilket krävs i följande citronsyrecykel. Ett multi-enzymkomplex bestående av enzymerna dekarboxylas, oxidoreduktas och dehydrogenas krävs för att denna reaktion ska kunna fortsätta utan störningar.

Funktion & uppgift

Oxidativ dekarboxylering är en oumbärlig del av inre andning och, liksom glykolys, citronsyrecykeln och slutoxidation i andningskedjan, tjänar till att generera energi i cellerna. För att göra detta tar cellerna upp glukos och bryter ner den som en del av glykolysen. Två pyruvater erhålls från en glukosmolekyl i tio steg. Dessa är en förutsättning för oxidativ dekarboxylering.

Det är sant att ATP-molekyler också erhålls under glykolys och oxidativ dekarboxylering, men betydligt färre än i följande citronsyrecykel. I grund och botten sker en oxyhydrogenreaktion i cellerna under citronsyrecykeln. Väte och syre reagerar med varandra och med utsläpp av koldioxid och vatten genereras energi i form av ATP. Cirka tio ATP-molekyler kan syntetiseras per omgång av en citronsyrecykel.

Som en universell energikälla är ATP avgörande för människor. Energimolekylen är en förutsättning för alla reaktioner i människokroppen. Nervimpulser, muskelrörelser, produktion av hormoner, alla dessa processer kräver ATP. Kroppen producerar cirka 65 kg ATP per dag för att möta sina energikrav.

I princip kan ATP också erhållas utan syre och därmed utan oxidativ dekarboxylering. Denna anaeroba mjölksyrametabolism är emellertid betydligt mindre produktiv än den aeroba metabolismen och leder också till bildning av mjölksyra. Vid kraftig och långvarig ansträngning kan detta leda till överförsurning och trötthet av den drabbade muskeln.

Sjukdomar och sjukdomar

En sjukdom orsakad av en störning i oxidativ dekarboxylering är lönnsirapsjukdom. Här är problemet inte med nedbrytningen av glukos, utan med nedbrytningen av aminosyrorna leucin, isoleucin och valin. Sjukdomen ärvs och dyker ofta upp direkt efter födseln. De drabbade nyfödda lider av kräkningar, andningssjukdomar upp till andningsstopp, trötthet eller koma. Höga skrik, kramper och en alltför hög blodsockernivå är också typiska. Den så kallade 2-keto-3-metylvalerinsyran bildas genom felaktig nedbrytning av aminosyrorna. Detta ger barnens urin och svett den karakteristiska doften av lönnsirap, vilket gav sjukdomen sitt namn. Om den inte behandlas leder sjukdomen snabbt till döden.

Som redan angivits spelar vitamin B1 (tiamin) en viktig roll i oxidativ dekarboxylering. Utan tiamin är dekarboxylering av pyruvat med bildning av acetyl-CoA inte möjligt. En allvarlig B1-brist är orsaken till beriberisjukdom.Tidigare inträffade detta huvudsakligen på plantager eller i fängelser i Östra Asien, där människor huvudsakligen åt skalade och polerade ris, eftersom vitamin B1 endast finns i skalkornens skal.

På grund av bristen på tiamin och tillhörande hämning av oxidativ dekarboxylering leder beriberi-sjukdomen främst till störningar i vävnader som har en hög omsättning av energi. Dessa inkluderar skelettmusklerna, hjärtmuskeln och nervsystemet. Sjukdomen manifesterar sig i form av apati, nervförlamning, förstorat hjärta, hjärtsvikt och ödem.

En annan sjukdom där oxidativ dekarboxylering störs är glutarsyraur av typ I. Detta är en ganska sällsynt ärftlig sjukdom. De drabbade är initialt utan symtom under lång tid. De första symtomen dyker då upp i samband med en katabolisk kris. Allvarliga rörelsestörningar uppstår. Stammen är instabil. En feber kan också uppstå.

Det tidiga symptomet på glutarsyraur av typ I är makrocefali, dvs en större skala än genomsnittet. Så snart de första symtomen uppträder utvecklas sjukdomen snabbt. Barn som diagnostiserats i ett tidigt skede har emellertid en lovande prognos och utvecklas vanligtvis bra med behandlingen. Sjukdomen tolkas emellertid ofta som encefalit, dvs. en inflammation i hjärnan.

Diagnosen av glutaric aciduria typ I kan göras ganska enkelt med urinalys. Sjukdomen är emellertid sällsynt, så symtomen tolkas ofta felaktigt och en undersökning av sjukdomen genomförs inte initialt.