Окислително декарбоксилиране

Най- окислително декарбоксилиране е част от клетъчното дишане и протича в митохондриите на клетката. Крайният продукт на окислителното декарбоксилиране, ацетил-коА, след това се обработва допълнително в цикъла на лимонената киселина.

Какво е оксидативно декарбоксилиране?

Митохондриите са клетъчни органели, които се намират в почти всички клетки с ядро. Известни са още като силовите централи на клетката, тъй като образуват молекулата АТФ (аденозин трифосфат). АТФ е най-важният носител на енергия в човешкото тяло и се получава чрез аеробно дишане. Аеробното дишане се нарича още клетъчно дишане или вътрешно дишане.

Клетъчното дишане е разделено на четири стъпки. Гликолизата се извършва в началото. Това е последвано от окислително декарбоксилиране, след това цикъла на лимонената киселина и накрая окончателното окисление (дихателна верига).

Окислителното декарбоксилиране се извършва в така наречената матрица на митохондриите. Накратко, пируватът, който най-вече идва от гликолиза, тук се превръща в ацетил-КоА. За това пируватът, киселинен анион на пирувиновата киселина, се свързва с тиамин пирофосфат (TPP). TPP се формира от витамин В1. След това карбоксилната група на пирувата се разделя като въглероден диоксид (CO2). Този процес е известен като декарбоксилиране. Това създава хидроксиетил ТЕЦ.

Този хидроксиетил ТЕЦ след това се катализира от така наречения пируват дехидрогеназен компонент, субединица на ензимния комплекс пируват дехидрогеназа. Останалата ацетилова група се прехвърля в конензим А посредством катализа от дихидролипоил трансацетилазата. Това създава ацетил-КоА, което се изисква в следния цикъл на лимонената киселина. Мулти ензимен комплекс, състоящ се от ензимите декарбоксилаза, оксидоредуктаза и дехидрогеназа, е необходим, за да протече тази реакция без смущения.

Функция и задача

Окислителното декарбоксилиране е неизменна част от вътрешното дишане и подобно на гликолизата, цикъла на лимонената киселина и крайното окисляване в дихателната верига, служи за генериране на енергия в клетките. За да направите това, клетките поемат глюкоза и я разграждат като част от гликолизата. От една глюкозна молекула се получават два пирувата на десет стъпки. Това са предпоставка за окислително декарбоксилиране.

Вярно е, че ATP молекулите се получават също по време на гликолиза и окислително декарбоксилиране, но значително по-малко, отколкото в следващия цикъл на лимонената киселина. По принцип в клетките протича кислородна реакция по време на цикъла на лимонената киселина. Водородът и кислородът реагират помежду си и с отделянето на въглероден диоксид и вода, енергията се генерира под формата на АТФ. Около десет ATP молекули могат да бъдат синтезирани на кръг от цикъла на лимонената киселина.

Като универсален източник на енергия, АТФ е жизненоважен за хората. Енергийната молекула е предпоставка за всички реакции в човешкото тяло. Нервните импулси, движенията на мускулите, производството на хормони, всички тези процеси изискват АТФ. Тялото произвежда около 65 кг АТФ на ден, за да отговори на енергийните си нужди.

По принцип АТФ може да се получи и без кислород и по този начин без окислително декарбоксилиране. Този анаеробен метаболизъм на млечна киселина обаче е значително по-малко продуктивен от аеробния метаболизъм и също води до образуването на млечна киселина. В случай на силно и продължително натоварване, това може да доведе до прекомерно подкиселяване и умора на засегнатия мускул.

Болести и неразположения

Едно заболяване, причинено от нарушение на окислителното декарбоксилиране, е болестта на кленов сироп. Тук проблемът не е в разграждането на глюкозата, а в разграждането на аминокиселините левцин, изолевцин и валин. Заболяването се наследява и често се проявява веднага след раждането. Засегнатите новородени страдат от повръщане, нарушения на дишането до спиране на дишането, летаргия или кома. Характерни са също така силно пищене, гърчове и прекомерно високо ниво на кръвна захар. Така наречената 2-кето-3-метилвалеринова киселина се образува при неправилно разграждане на аминокиселините. Това придава на урината и потта на децата характерния аромат на кленов сироп, който даде името на болестта. Ако не се лекува, болестта бързо води до смърт.

Както вече беше посочено, витамин В1 (тиамин) играе важна роля в окислителното декарбоксилиране. Без тиамин декарбоксилирането на пируват с образуването на ацетил-КоА не е възможно. Тежкият дефицит на В1 е причината за болестта на бери-бери.В миналото това се е случвало главно на плантации или в затворите в Източна Азия, където хората са яли главно обелен и полиран ориз, тъй като витамин В1 се намира само в люспите на оризовите зърна.

Поради липсата на тиамин и свързаното с него инхибиране на окислителното декарбоксилиране, болестта на бери-бери води главно до нарушения в тъканите, които имат висок оборот на енергия. Те включват скелетните мускули, сърдечния мускул и нервната система. Заболяването се проявява под формата на апатия, парализа на нервите, разширено сърце, сърдечна недостатъчност и оток.

Друго заболяване, при което се нарушава окислителното декарбоксилиране, е глутарова ацидурия тип I. Това е доста рядко наследствено заболяване. Засегнатите първоначално са без симптоми за дълго време. След това първите симптоми се проявяват на фона на катаболна криза. Появяват се тежки нарушения в движението. Багажникът е нестабилен. Може да се появи и треска.

Ранният симптом на глутарова ацидурия тип I е макроцефалия, т.е. по-голям от средния череп. Веднага след като се появят първите симптоми, болестта прогресира бързо. Въпреки това децата, диагностицирани в ранен етап, имат обещаваща прогноза и обикновено се развиват добре с лечението. Въпреки това, заболяването често се тълкува погрешно като енцефалит, т.е. възпаление на мозъка.

Диагнозата на глутаровата ацидурия тип I може да бъде поставена доста лесно с помощта на анализ на урината. Заболяването обаче е рядко, така че симптомите често се тълкуват неправилно и първоначално не се извършва изследване за болестта.