نزع الكربوكسيل

أ نزع الكربوكسيل يمثل بشكل عام انقسام ثاني أكسيد الكربون من حمض عضوي.في حالة الأحماض الكربوكسيلية ، يحدث الانقسام بشكل جيد للغاية من خلال التسخين والتفاعلات الأنزيمية. يلعب نزع الكربوكسيل المؤكسد دورًا مهمًا بشكل خاص ، مما يؤدي إلى وجود أسيتيل CoA في الكائن الحي عند تكسير البيروفات وإلى السكسينيل CoA عند تكسير α-ketoglutarate.

ما هو نزع الكربوكسيل؟

يلعب نزع الكربوكسيل دورًا مهمًا في عملية التمثيل الغذائي. يصف مصطلح نزع الكربوكسيل انفصال ثاني أكسيد الكربون عن الجزيئات العضوية. توجد بالفعل ما يسمى بمجموعة الكربوكسيل داخل الجزيء ، والتي يمكن أن تنقسم بفعل الحرارة أو التفاعلات الأنزيمية.

تحتوي مجموعة الكربوكسيل على ذرة كربون متصلة بذرة أكسجين برابطة مزدوجة ومجموعة هيدروكسيل برابطة واحدة.بعد انقسام ثاني أكسيد الكربون ، يتم استبدال مجموعة الكربوكسيل بذرة الهيدروجين من مجموعة الهيدروكسيل. على سبيل المثال ، يتم تحويل الأحماض الكربوكسيلية إلى هيدروكربونات.

عندما يتم تكسير الكربوهيدرات والدهون والبروتينات ، فإن التوازن الكلي لعملية التمثيل الغذائي التقويضي يخلق ثاني أكسيد الكربون والماء والطاقة. يتم تخزين الطاقة المنبعثة مؤقتًا في شكل ATP وإعادة استخدامها للعمل البيولوجي أو توليد الحرارة أو لبناء مواد الجسم الخاصة. تعتبر عمليات نزع الكربوكسيل من البيروفات و α-ketoglutarate ذات أهمية كبيرة في سياق التمثيل الغذائي.

الوظيفة والمهمة

يحدث نزع الكربوكسيل باستمرار في الكائن البشري. الركيزة المهمة هي البيروفات ، وهو منزوع الكربوكسيل بمساعدة بيروفوسفات الثيامين (TPP). ينتج عن هذا هيدروكسي إيثيل TPP (هيدروكسي إيثيل ثيامين بيروفوسفات) وثاني أكسيد الكربون. الإنزيم المسؤول عن هذا التفاعل هو مكون نازعة هيدروجين البيروفات (E1).

بيروفوسفات الثيامين مشتق من فيتامين ب 1. يتفاعل مركب هيدروكسي إيثيل TPP الناتج مع حمض ليبويك أميد لتشكيل أسيتيل ثنائي هيدروليبوناميد. يتم إعادة تكوين بيروفوسفات الثيامين (TPP) في هذه العملية. إن مكون نازعة هيدروجين البيروفات مسؤول أيضًا عن هذا التفاعل.

في خطوة أخرى ، يتفاعل أسيتيل ثنائي هيدروليبوناميد مع الإنزيم المساعد أ لتكوين أسيتيل CoA. إن إنزيم ثنائي هيدروليبويل تران أسيتيلاز (E2) مسؤول عن هذا التفاعل. يمثل Acetyl-CoA ما يسمى بحمض الخليك المنشط. يتدفق هذا المركب إلى دورة حمض الستريك كركيزة ويمثل مستقلبًا مهمًا لكل من التمثيل الغذائي الابتنائي والتقويضي. يمكن تقسيم حمض الأسيتيك المنشط إلى ثاني أكسيد الكربون والماء أو إلى ركائز بيولوجية مهمة نفذت.

المستقلب الذي يأتي بالفعل من دورة حمض الستريك هو α-ketoglutarate. يتم أيضًا تحويل بيتا-كيتوجلوتارات من خلال تفاعلات مماثلة مع التخلص من ثاني أكسيد الكربون. يتم إنشاء المنتج النهائي succinyl-CoA. Succinyl-CoA هو منتج وسيط في العديد من عمليات التمثيل الغذائي. سيستمر تنفيذه كجزء من دورة حامض الستريك. العديد من الأحماض الأمينية تدخل فقط في دورة حمض الستريك عبر المرحلة المتوسطة succinyl-CoA. بهذه الطريقة ، يتم دمج الأحماض الأمينية فالين أو ميثيونين أو ثريونين أو إيزولوسين في عمليات التمثيل الغذائي العامة.

بشكل عام ، توجد تفاعلات نزع الكربوكسيل من البيروفات و α-ketoglutarate في الواجهة بين عمليات التمثيل الغذائي الابتنائية والتقويضية. فهي ذات أهمية مركزية لعملية التمثيل الغذائي. في الوقت نفسه ، يتم تضمين تكوين ثاني أكسيد الكربون من خلال نزع الكربوكسيل في التوازن العام لثاني أكسيد الكربون.

تكمن أهمية نزع الكربوكسيل المؤكسد في حقيقة أن المستقلبات تنتج من الأيض ، والتي يمكن استخدامها لتوليد الطاقة للكائن الحي وكذلك لبناء مواد الجسم. يلعب نزع الكربوكسيل أيضًا دورًا مهمًا في تحويل الغلوتامات إلى حمض بيتا أمينوبوتريك (GABA). هذا التفاعل ، الذي يتم تحفيزه بواسطة الغلوتامات ديكاربوكسيلاز ، هو الطريقة الوحيدة للتركيب الحيوي لـ GABA. GABA هو الناقل العصبي الرئيسي المثبط في الجهاز العصبي المركزي. كما أنه يلعب دورًا رئيسيًا في تثبيط هرمون البنكرياس الجلوكاجون.

الامراض والاعتلالات

يمكن أن تحدث اضطرابات نزع الكربوكسيل التأكسدي بسبب نقص فيتامين ب 1. كما ذكرنا سابقًا ، يلعب فيتامين ب 1 أو مشتقه من بيروفوسفات الثيامين (TPP) دورًا حاسمًا في نزع الكربوكسيل المؤكسد. لذلك يؤدي نقص فيتامين ب 1 إلى اضطرابات في الطاقة وبناء التمثيل الغذائي. يؤدي هذا إلى ضعف التمثيل الغذائي للكربوهيدرات والجهاز العصبي. يمكن أن يتطور اعتلال الأعصاب المتعدد. بالإضافة إلى ذلك ، تظهر أعراض التعب ، والتهيج ، والاكتئاب ، والاضطرابات البصرية ، وضعف التركيز ، وفقدان الشهية وحتى ضمور العضلات. ويلاحظ أيضًا اضطرابات الذاكرة والصداع المتكرر وفقر الدم.

كما يضعف جهاز المناعة بسبب ضعف إنتاج الطاقة. يؤثر ضعف العضلات بشكل رئيسي على عضلات الربلة. يحدث أيضًا قصور في القلب أو ضيق في التنفس أو وذمة. يُعرف نقص فيتامين ب 1 في شكله المتطرف باسم البري بري. يحدث البري بري بشكل خاص في المناطق التي يكون فيها النظام الغذائي منخفضًا جدًا في فيتامين ب 1. وهذا ينطبق قبل كل شيء على المجموعات السكانية التي تخصصت في التغذية بمنتجات الصويا والأرز المقشر.

المرض الآخر الذي يمكن إرجاعه إلى اضطراب نزع الكربوكسيل هو ما يسمى بالشلل الدماغي الرباعي التشنجي من النوع 1. بالنسبة لهذا المرض ، الذي يوجد فيه الشلل الدماغي الطفولي ، يكون السبب هو خلل جيني. تؤدي طفرة في جين GAD1 إلى نقص في إنزيم الغلوتامات ديكاربوكسيلاز. يعتبر الغلوتامات ديكاربوكسيلاز مسؤولاً عن تحويل الغلوتامات إلى حمض بيتا أمينوبوتريك (GABA) عن طريق فصل ثاني أكسيد الكربون. كما ذكرنا سابقًا ، فإن GABA هو الناقل العصبي المثبط الرئيسي للجهاز العصبي المركزي. إذا تم إنتاج القليل جدًا من GABA ، يحدث تلف في الدماغ في مرحلة مبكرة. في حالة الشلل الدماغي عند الأطفال ، يؤدي ذلك إلى الإصابة بالشلل التشنجي والرنح والكنع. ينتج الشلل التشنجي عن زيادة توتر العضلات بشكل دائم ، مما ينتج عنه وضعية صلبة. في الوقت نفسه ، يكون تنسيق الحركات مضطربًا لدى العديد من المصابين ، وهو ما يُعرف أيضًا باسم الرنح. بالإضافة إلى ذلك ، في سياق الكُنْع ، يمكن أن يحدث تمدد لا إرادي وحركات غريبة ، حيث يوجد تغيير مستمر بين انخفاض ضغط الدم وارتفاع ضغط الدم في العضلات.