Decarboxylation חמצוני

ה חמצון decarboxylation הוא מרכיב בנשימה של התאים ומתרחש במיטוכונדריה של התא. לאחר מכן מעובד המוצר הסופי של הדקרבוקסילציה החמצונית, אצטיל-קוא, במחזור חומצות לימון.

מה זה Decarboxylation חמצוני?

מיטוכונדריה הן אברוני תאים שנמצאים כמעט בכל התאים עם גרעין. הם ידועים גם כתחנות הכוח של התא מכיוון שהם יוצרים את המולקולה ATP (אדנוזין טריפוספט). ATP הנו נושא האנרגיה החשוב ביותר בגוף האדם ומתקבל באמצעות נשימה אירובית. נשימה אירובית נקראת גם נשימה תאית או נשימה פנימית.

הנשמת התא מחולקת לארבעה שלבים. גליקוליזה מתרחשת בתחילת הדרך. אחרי זה באחרית הדקרבוקסילציה החמצונית, אחר כך מחזור חומצות לימון ולבסוף החמצון הסופי (שרשרת הנשימה).

הדקרבוקסילציה החמצונית מתרחשת במכונה המטריקס של המיטוכונדריה. בקיצור, פירובט, שמקורו בעיקר בגיריקוליזה, מומר כאן לאצטיל-CoA. לצורך כך, הפירובאט, אניון חומצי של חומצה פירובית, נצמד לתימין פירופוספט (TPP). TPP נוצר מהוויטמין B1. לאחר מכן מתפצלת קבוצת הקרבוקסיל של הפירובט כפחמן דו חמצני (CO2). תהליך זה מכונה decarboxylation. זה יוצר הידרוקסיאתיל TPP.

לאחר מכן מזרזים את ההידרוקסיאתיל-TPP על ידי מה שמכונה רכיב פירובטה dehydrogenase, תת יחידה של מתחם האנזים pyruvate dehydrogenase. קבוצת האצטיל שנותרה מועברת לקונזים אנזים A באמצעות קטליזה על ידי דיהידרוליפוייל טרנסצטילאז. זה יוצר אצטיל-CoA, הנדרש במחזור חומצות לימון הבא. דרוש קומפלקס רב-אנזים המורכב מהאנזימים דקרבוקסילאז, אוקסדורקטוקטאז ודה-הידרוגנז כדי שתגובה זו תימשך ללא הפרעה.

פונקציה ומשימה

דקרבוקסילציה חמצונית היא חלק חיוני מהנשימה הפנימית, וכמו גליקוליזה, מחזור חומצות לימון וחמצון קצה בשרשרת הנשימה משמש לייצור אנרגיה בתאים. לשם כך, התאים תופסים גלוקוזה ומפרקים אותו כחלק מגליקוליזה. שני פירובטים מתקבלים ממולקולת גלוקוז אחת בעשרה שלבים. אלה הם תנאי מוקדם ל dekarboxylation חמצוני.

זה נכון שמולקולות ATP כבר מתקבלות במהלך גליקוליזה ו decarboxylation חמצוני, אך פחות באופן משמעותי מאשר במחזור החומצה הבאה. בעיקרון, תגובה oxyhydrogen מתרחשת בתאים במהלך מחזור חומצות לימון. מימן וחמצן מגיבים זה עם זה ועם שחרור פחמן דו חמצני ומים נוצרת אנרגיה בצורה של ATP. ניתן לסנתז כעשר מולקולות ATP בכל סיבוב של מחזור חומצת לימון.

כמקור אנרגיה אוניברסלי, ATP חיוני לחיי אדם. מולקולת האנרגיה היא תנאי הכרחי לכל התגובות בגוף האדם. דחפים עצביים, תנועות שרירים, ייצור הורמונים וכל התהליכים הללו דורשים ATP. הגוף מייצר כ- 65 ק"ג ATP ליום על מנת לעמוד בדרישות האנרגיה שלו.

באופן עקרוני ניתן להשיג ATP גם ללא חמצן ובכך ללא דיקרבוקסילציה חמצונית. עם זאת, חילוף החומרים האנאירובי הזה של החלבון הוא פחות פרודוקטיבי מהמטבוליזם האירובי ומביא גם להיווצרות חומצה לקטית. במקרה של מאמץ חזק וממושך, הדבר יכול להוביל לחומצת יתר ולעייפות יתר של השריר הפגוע.

מחלות ומחלות

מחלה אחת הנגרמת על ידי הפרעה decarboxylation חמצוני היא מחלת סירופ מייפל. כאן הבעיה היא לא עם פירוק הגלוקוז, אלא עם פירוק חומצות האמינו לאוצין, איזולוצין וואלין. המחלה עוברת בתורשה ולעיתים קרובות באה לידי ביטוי מיד לאחר הלידה. הילודים שנפגעו סובלים מהקאות, הפרעות נשימה עד דום נשימה, עייפות או תרדמת. צעקות גבוהות, עוויתות ורמת סוכר גבוהה בדם באופן אופייני הם גם הם אופייניים. מה שמכונה חומצה 2-קטו-3-מתיל-ולריק נוצר על ידי פירוט לא נכון של חומצות האמינו. זה נותן לשתן וזיעה של ילדים את הריח האופייני של סירופ מייפל, שהעניק למחלה את שמה. אם לא מטופלים, המחלה מביאה במהירות למוות.

כפי שכבר צוין, ויטמין B1 (תיאמין) ממלא תפקיד חשוב בדה-קרבוקסילציה חמצונית. ללא תיאמין, decarboxylation של פירובט עם היווצרות אצטיל-CoA אינו אפשרי. מחסור חמור B1 הוא הגורם למחלת הברברי. בעבר זה התרחש בעיקר במטעים או בבתי כלא במזרח אסיה, שם אנשים אכלו בעיקר אורז קלוף ומלוטש, מכיוון שוויטמין B1 נמצא רק בקליפות גרגירי האורז.

בגלל המחסור בתאמין והעיכוב הנלווה ל decarboxylation חמצוני, מחלת ברברי גורמת בעיקר להפרעות ברקמות בעלות מחזור אנרגיה גבוה. אלה כוללים את שרירי השלד, שריר הלב ומערכת העצבים.המחלה מתבטאת בצורה של אדישות, שיתוק עצבי, לב מוגדל, אי ספיקת לב ובצקת.

מחלה נוספת בה מופרעת decarboxylation חמצוני היא חומצה גלוטרית מסוג I. זוהי מחלה תורשתית נדירה למדי. הנפגעים הם בתחילה ללא תסמינים במשך זמן רב. הסימפטומים הראשונים מופיעים בהקשר של משבר קטבולי. יש הפרעות תנועה קשות. תא המטען לא יציב. חום יכול להופיע גם.

הסימפטום המוקדם של חומצה גלוטרית מסוג I הוא מקרוצפליה, כלומר גולגולת גדולה מהממוצע. ברגע שמופיעים התסמינים הראשונים המחלה מתקדמת במהירות. עם זאת, לילדים שאובחנו מוקדם יש פרוגנוזה מבטיחה ובדרך כלל מצליחים עם הטיפול. עם זאת, המחלה מתפרשת לעתים קרובות כשגיאה דלקת המוח, כלומר דלקת במוח.

ניתן לבצע את האבחנה של סוג החמצון הגלוטרי I די בקלות בעזרת מתן שתן. עם זאת, המחלה נדירה, כך שלעתים קרובות מפרשים את התסמינים ולא מבוצעת תחילה בדיקה למחלה.