UN decarbossilazione generalmente rappresenta la scissione dell'anidride carbonica da un acido organico, nel caso degli acidi carbossilici la scissione avviene molto bene per riscaldamento e reazioni enzimatiche. La decarbossilazione ossidativa gioca un ruolo particolarmente importante, che porta all'acetil-CoA nell'organismo quando il piruvato viene scomposto e al succinil-CoA quando l'α-chetoglutarato viene scomposto.
Cos'è la decarbossilazione?
La decarbossilazione gioca un ruolo importante nel metabolismo. Il termine decarbossilazione descrive la scissione dell'anidride carbonica dalle molecole organiche. All'interno della molecola esiste già un cosiddetto gruppo carbossilico, che può essere separato dall'azione del calore o da reazioni enzimatiche.
Il gruppo carbossile contiene un atomo di carbonio che è collegato a un atomo di ossigeno da un doppio legame e ad un gruppo idrossile da un singolo legame.Il gruppo carbossilico viene sostituito dall'atomo di idrogeno del gruppo idrossile dopo che l'anidride carbonica è stata scissa. Ad esempio, gli acidi carbossilici vengono convertiti in idrocarburi.
Quando i carboidrati, i grassi e le proteine vengono scomposti, l'equilibrio complessivo del metabolismo catabolico crea anidride carbonica, acqua ed energia. L'energia rilasciata viene temporaneamente immagazzinata sotto forma di ATP e riutilizzata per il lavoro biologico, la generazione di calore o per la costruzione delle sostanze proprie del corpo. Le decarbossilazioni del piruvato e dell'α-chetoglutarato sono di enorme importanza nel contesto del metabolismo.
Funzione e compito
La decarbossilazione avviene costantemente nell'organismo umano. Un substrato importante è il piruvato, che viene decarbossilato con l'aiuto di pirofosfato di tiamina (TPP). Questo crea idrossietil TPP (idrossietil tiamina pirofosfato) e anidride carbonica. L'enzima responsabile di questa reazione è il componente piruvato deidrogenasi (E1).
La tiamina pirofosfato è un derivato della vitamina B1. Il complesso idrossietil TPP risultante reagisce con l'ammide dell'acido lipoico per formare acetil diidroliponamide. La tiamina pirofosfato (TPP) si forma nuovamente. Anche il componente piruvato deidrogenasi è responsabile di questa reazione.
In una fase successiva, l'acetil diidroliponamide reagisce con il coenzima A per formare acetil CoA. L'enzima diidrolipoil transacetilasi (E2) è responsabile di questa reazione. L'acetil-CoA rappresenta il cosiddetto acido acetico attivato. Questo composto fluisce nel ciclo dell'acido citrico come substrato e rappresenta un metabolita importante sia per il metabolismo anabolico che catabolico. L'acido acetico attivato può essere ulteriormente scomposto in anidride carbonica e acqua o in importanti substrati biologici implementato.
Un metabolita che proviene già dal ciclo dell'acido citrico è l'α-chetoglutarato. Anche l'α-chetoglutarato viene convertito attraverso reazioni simili con l'eliminazione dell'anidride carbonica. Viene creato il prodotto finale succinil-CoA. Il succinil-CoA è un prodotto intermedio in molti processi metabolici. Continuerà ad essere implementato come parte del ciclo dell'acido citrico. Molti amminoacidi entrano nel ciclo dell'acido citrico solo attraverso lo stadio intermedio succinil-CoA. In questo modo, gli aminoacidi valina, metionina, treonina o isoleucina vengono integrati nei processi metabolici generali.
Nel complesso, le reazioni di decarbossilazione del piruvato e dell'α-chetoglutarato si trovano all'interfaccia tra i processi metabolici anabolici e catabolici. Sono di fondamentale importanza per il metabolismo. Allo stesso tempo, la formazione di anidride carbonica attraverso la decarbossilazione è inclusa nel bilancio generale dell'anidride carbonica.
L'importanza della decarbossilazione ossidativa sta nel fatto che di conseguenza si formano metaboliti del metabolismo, che possono servire sia a generare energia per l'organismo che a costruire le sostanze proprie del corpo. La decarbossilazione svolge anche un ruolo importante nella conversione del glutammato in acido γ-amminobutirrico (GABA). Questa reazione, catalizzata dalla glutammato decarbossilasi, è l'unico modo per biosintetizzare il GABA. GABA è il principale neurotrasmettitore inibitorio del sistema nervoso centrale. Svolge anche un ruolo chiave nell'inibire il glucagone dell'ormone pancreatico.
Malattie e disturbi
I disturbi ossidativi della decarbossilazione possono essere innescati da una carenza di vitamina B1. Come già accennato, la vitamina B1 o il suo derivato pirofosfato di tiamina (TPP) svolge il ruolo decisivo nella decarbossilazione ossidativa. Una carenza di vitamina B1 porta quindi a disturbi del metabolismo energetico e della costruzione. Ciò si traduce in una compromissione del metabolismo dei carboidrati e del sistema nervoso. Può svilupparsi una polineuropatia. Inoltre, si verificano sintomi di affaticamento, irritabilità, depressione, disturbi visivi, scarsa concentrazione, perdita di appetito e persino atrofia muscolare. Si osservano anche disturbi della memoria, frequenti mal di testa e anemia.
Il sistema immunitario è anche indebolito dalla ridotta produzione di energia. La debolezza muscolare colpisce principalmente i muscoli del polpaccio. Si verificano anche insufficienza cardiaca, mancanza di respiro o edema. Nella sua forma estrema, la carenza di vitamina B1 è nota come beriberi. Il beriberi si verifica in particolare nelle regioni in cui la dieta è molto povera di vitamina B1. Questo vale soprattutto per le fasce di popolazione che si sono specializzate in diete con prodotti a base di soia e riso semigreggio.
Un'altra malattia riconducibile a un disturbo della decarbossilazione è la cosiddetta paralisi cerebrale tetraplegica spastica di tipo 1. Per questa malattia, in cui è presente la paralisi cerebrale infantile, il fattore scatenante è un difetto genetico. Una mutazione nel gene GAD1 porta a una carenza dell'enzima glutammato decarbossilasi. La glutammato decarbossilasi è responsabile della conversione del glutammato in acido γ-amminobutirrico (GABA) scindendo l'anidride carbonica. Come accennato in precedenza, il GABA è il principale neurotrasmettitore inibitorio del sistema nervoso centrale. Se si forma troppo poco GABA, il danno cerebrale si verifica in una fase iniziale. In caso di paralisi cerebrale infantile, questi portano a paralisi spastica, atassia e atetosi. La paralisi spastica deriva dal tono muscolare costantemente aumentato, che si traduce in una postura rigida. Allo stesso tempo, la coordinazione dei movimenti è disturbata in molte delle persone colpite, il che è noto anche come atassia. Inoltre, nel contesto dell'atetosi, possono esserci movimenti involontari di estensione e bizzarri, poiché c'è un cambiamento costante tra ipotensione e ipertensione dei muscoli.
