Katabolsk karbondioksid

For hvert molekyl pyrodruesyre (pyruvat) med tre karbontomer og r fra glykolysen i cytoplasma blir det dannet tre molekyler CO₂. Katalysert av gitt av enzymene pyruvat dehydrogenase, isocitrat dehydrogenase og 2-oksoglutrat dehydrogenase i matriks i mitokondriene i eukaryote celler.

Pyruvat dehydrogenase

Pyruvat dehydrogenase er et stort enzymkompleks som i en oksidativ dekarboksylering omdanner pyruvat (pyrodruesyre) fra glykolysen og koenzym A  til acetyl-koenzym A som dretter går inn i trikarboksylsyresyklus, samt gir reduksjonskraft i form av nikotinamid adenin dinukleotid i redusert form (NADH). NADH blir brukt i elektrontransportkjeden i mitokondriene til å lage kjemisk energi i form av adenosintrifosfat (ATP) ved oksidativ fosforylering. Enzymet bruker tiaminpyrofosfat (vitamin B₁) som kofaktor. Pyruvat blir aktivt transportert inn i mitokondriene.  

pyruvat + CoASH + NAD⁺ → acetyl-CoA + CO₂ + NADH

Pyruvat dehydrogenase er strengt regulert og blir aktivert av enzymet pyruvat dehydrogenase kinase og deaktivert av enzymet pyruvat dehydrogenase fosfatase.

Isocitrat dhydrogenase

Isocitrat dehydrogenase katalyserer oksidativ dekarboksylering av isocitrat til 2-oksoglutarat og bruker Mg²⁺ eller Mn²⁺ som kofaktor. 2-oksoglutarat kan inngå i reaksjon med transaminering av aminosyrer

isocitrat + NAD⁺  → 2-oksoglutarat + CO₂ + NADH + H⁺

2-oksoglutarat dehydrogenase

2-oksoglutarat dehydrogenase er et multienzymkompleks med tiaminpyrofosfat (vitamin B₁) som kofaktor og katalyserer oksidativ dekarboksylering av 2-oksoglutarat i reaksjon med koenzym A og danner produktene succinyl-koenzym A, CO₂ og reduksjonskraften NADH.

2-oksoglutarat + NAD⁺ + CoA → succinyl-CoA + CO₂ + NADH

Oksidativ pentosefosfatvei

I første trinn av oksidativ pentosefosfatvei blir CO₂ produsert av enzymet

glukonat-6-fosfat dehydrogenase i cytoplasma i cellene

6-fosfoglukonat + NADP⁺ → ribulose-5-fosfat + CO₂ + NADPH + H⁺

Fotorespirasjon hos C3-planter

Fotorespirasjon hos C3-planter skyldes oksgenaseaktiviteten til det CO₂-fiskerende enzymet rubisko. I fotorespirasjonen som er et samvirke mellom peroksisomer og mitokondrier blir det fra to molekyler av aminosyren glycin laget CO₂ fra enzymet serin hydroksymetyltransferase:

glycin + tetrahydrofolsyre + NAD⁺ → 5,10-metylentetrahydrfolsyre + CO₂ + NH₃ + NADH

Anaerob katabolsk CO₂

Anaerob katabolsk CO₂ blir produsert i alkoholfermentering katalysert av enzymet pyruvat dekarboksylase som omdanner pyruvat til acetaldehyd og CO₂ i en ikke-oksidativ dekarboksylerig. Tiaminpyrofosfat (vitamin B₁) og Mg²⁺  blir brukt som kofaktor. Alkoholgjæring hos bjær og planterøtter som vokser anaerobt. 

pyruvat → acetaldehyd + CO₂

Transaminering av ketosyrer og anaplerotiske biosyneseveier

Ketosyrene pyruvat, oksaloacetat og  α-ketoglutarat kan inngå i transamineringsreaksjoner katalysert av transaminaser med pyridoksalfosfat (vitamin B₆) som kofaktor ved overføring av en aminogruppe og og danne aminosyrene henholdsvis aminosyrene alanin, aspartat eller glutamat,

Aspaspaatat aminotransfere (gluatamat oksaloacetat  transaminase, GOT))  er et enzym som katalyserer transaminering av aminosyren aspaatat (asparaginsyre)  eller  transaminering av 2-oksoglutarat som gir glutamat (glutaminsyre).  

aspartat + α-ketoglutarat  ↔ oksaloacetat + glutamat

Alanin aminotransferase (alanin minotransferase , ALAT) katalyserer transamineringsreaksjonen:

alanin + α-ketoglutarat ↔ pyruvat + glutamat

Dekarboksylaser

Generelt blir det frigitt CO₂ i reaksjoner katalysert av enzymer kalt dekarboksylaser (karboksylyaser), men disse inngår i den vanlige stoffomsetningen og kan ikke betraktes som katabolisme. Dekarboksylaser er karbon-karbon lyaser som fjerner en karboksylgruppe (-CO₂H) fra organiske molekyler (ketosyrer og aminosyrer) med pyridoksalfosfat (vitamin B₆₎ som kofaktor. Eksempler er glutamat dekarboksylase, aromatisk aminosyre dekarboksylase, arginin dekarboksylase, S-adenosylmetionin dekarboksylase, histidin dekarboksylase, ornitin dekarboksylase, malonyl-CoA dekarboksylase, fosfatidyl dekarboksylase, iso-orotat dekarboksylase, uroporfyrinogen III dekarboksylase.   

Glutamat dekarboksylase

Glutamat dekarboksylase i bakterier, sopp, alger plnater og dyr som  katalyserer dekarboksylering av aminsyren glutamat (glutaminsyre og danner ikke-proteinaminosyren gamma-aminosmørsyre (GABA, γ-aminosmørsyre  / gamma-aminobutyrat / 4-aminobutyrat) pg karbondioksid (CO₂):

glutatmat → GABA + CO₂

Ikke-proteinaminosyren GABA ble først oppdaget i planter.m hvor GABA  blirprodusert i større mengder under stresstilstander.

Hos mennesker er det to enzymer,  glutamat dekarboksylase 1 kodet av genet GAD1 og glutamat dekarboksylase 2 kodet av GAD2.  4-aminobutyrat virker som en hemmende nevrotransmittor i hjernen, mens glutamat er en eksiatorisk nevrotransmittor i synaptisk plastisitet og har og nevroendokrin funksjon. GAD2 i pankreas kan  som et autoantigen i insulinavhengig diabetes.

GABA-shunt

GABA-shunt omsetniingsveien er  en alternativ  og passasje som omgår  trinnene vei for å lage succinat (ravsyre)  fra 2-oksoglutat (α-ketoglutarate) i sitronsyresyklus i mitokonriene. 2-ketoglutarat fra sitronsyresyklus blir først transaminert til glutamat, etterfulgt av dekaksylering som gir GABA.

GABA transaminase (4-aminobutyrat aminotransferase) atalyserer transaminering av GABA og lager produktene succinat semialdehyd og glutamat

GABA  + 2-oksoglutarat ↔ succinat semialdehyd + glutamat

Alternative transaminoaser er 4-aminobutyrat pyruvat transaminase:

 GABA + pyruvat ↔ succinat semialdehyd + alanin

4-aminobutyrat glyoksylat transaminase:

GABA + glyoksylat ↔ succinatsemialdehyd + glycin

Succinat semialdehyd blir dehydrogenert til succinat  katalysert avsuccinatsemialdehyd dehydrogenase:

succinat semialdehyd + NAD⁺ + H₂O ↔ succinat + NADH + 2 H⁺

Succinat (ravsyre)  blir videre omsatt i sitronsyreyklus i mitokondriene.

Arginin dekarboksylase

Arginin dekarboksylase hos bakterier, planter og dyr omdanner proteinaminosyren arginin, og som også finnes i ureasyklus, til agmatin og CO₂. Agmatin er et mellomprodukt i biosyntesen av aminet putrescin som virker som et organisk kation.

arginin → agmatin + CO₂

Ornitin dekarboksylase

Ornitine dekarboksylase er et enzym som omdannerikke-proteinaminosyren  ornitin fra ureasyklus til aminet purtrescin

ornitin → putrescin + CO₂

Histidin dekarboksylase

histidin dekarboksylase katalyserer dekarboksylering av aminosyren histidin til histamin med pyridoksalfosfat (vitamin B₆) som kofaktor

histidin → histamin + CO₂

Histamin deltar i overføring av nerveimpulser og i immunresponser, Histamin kan bindes til fire forskjellige reseptorer (H₁-H₄). H₁ deltar i det perifere nervesystemet og sentralnervesystemet, påvirker cirkadiske rytmer, kroppstemperatur og appetitt. H₂ deltar i utskillelse av saltsyre fra mageslimhinnen, avslapning av glatt muskulatur. H₃ regulerer mengden histamin via tilbakekoblingsregulering av biosyntesen. H₄ deltar i prouksjon av cytokiner og kjemotaksis hos celler.

Malonyl-CoA dekarboksylase

Malonyl-CoA dekarboksylase katalyserer omdaning av malonyl-koenzymA til acetyl-koenzym A hos bakterier, planter og dyr og lokalisert i cytosol, mitokondrier og paroksysmer

malonyl-CoA → acetyl-CoA + CO₂

Hos mennesker enzymet kodet av genet  MLYCD som koder for et proenzym som gjennomgår posttranslasjonsregulering med acetylering av lysin. Det er to isoenzymer, og   deltar i fettsyremetabolisme og matinntak med i omdanning av malonsemialdehyd til acetyl-CoA i peroksysomer. Lange fettsyrer med odde antall karbonatomer blir nedbrutt via propionyl-CoA videre til succinyl-CoA.  

Recessiv autosomal mutasjon i  MLYCD kan gi  malonsyreuri, en metabolsk sykdom med økt konsentrasjon av malonsyre og metylmalonsyre. Malonsyre (gr-. malon - eple)  er en dikarboksylsyre  (CH₂(COOH)₂), hvor saltene kalles malonater. Finnes i planter og blir brukt i laboratoriet brukt som en kompetitiv hemmer av enzymet succinat dehydroganse i trikarboksylsyresyklus.

Fosfatidylserin dekarboksylase

Fosfatidylserin dekarboksylase katalyserer omdanning av fosfatiylserin til fosfatidyletanolamin hos både prokaryoter og eukaryoter

fosphatidylserin  →fhosfatidyletanolamin + CO₂

Deltar i metabolismen av aminosyrene serin og glycin og i metabolismen av clycerofosfolipider i cellemembraner.

Fosfatidyletnolamin er et vanlig fosfolipid i pattedyr hvor de utjør 1/5-1/2-delen av fosfolipiende  og kan bli laget i CDP-etanolamin biosynteseveien i endoplasmatisk retikulum, en grein av Kennedy-omsetningsveien, eller i fosfaitylserin dekarboksylase i mitokonriene.

Uroporfyrinogen III dekarboksylase 

Uroporfyrinogen III dekarboksylase katalyserer dekarboksylering av uroporfyrinogen III til  koproporfyrinogen III, hvor det skjer trinnvis fjerning av fire karboksylgrupper fra addiksyresidekjerder i uroporphyrinogen III med start i rng D. Mutasjon i genet kan gi bidra til stoffskiftesykdommen porfyri (orphyria) hvor porfyriner ikke blir omdannet til hem. 

iso-orotat dekarboksylase

iso-orotat dekarboksylase katalyserer  ikke-oksidativ dekarboksylering av iso-orotat (5-carboksyuracil) til uracil og bruker Zn²⁺ eller Mn²⁺ som kofaktor. Dette er en type ikke-oksidativ  metallkatalysert dekarboksylase.

iso-orotat + H⁺ → uracil + CO₂

Hos mikroorganismer kan uracil bli omdannet til uridinmonofosfat (UMP) katalysert av uracil fosforibosyltransferase, frauracil og 5-fosforibosyl-1-R-difosfat til uridin monofosfat (UMP). Uracil fosforibosyltransferase  finnes både i cytoplasma og cellekjernen og deltar i nukleotidmetabolisme og er viktig i pyrimidin-redningsveier

 iso-orotat dekarboksylase deltar i tymidin redningsveien. Tymidin trifosfat (TTP) er et nukleotidtrifosfat brukt i DNA-syntese. deoksyTTtP (dTTP) har ikke et tilsvarende ribonukleosidtrifosfat ordi uridintrifosfat blir brukt i stedet.

UTP mangler 5’-metylering som i TTP. dTTP  blir synetetisert ved metylering av deoksyuridinmonofosfat (dUMP) katalysert av tymidylat syntase.

5,10-metylenetetrahydrofolat + dUMP ↔  dihydrofolat + dTMP

Omdanning avdeoksyuridin monophosfat (dUMP) til deoksytymidin monophosfat (dTMP). 5-fluoro deoksyuridinminofosfat hemmer enzymet tymidylat syntase og syntesen tymidylat (TMP) og blir brukt i kreftbehandling.

Andre eksempler på metallavhengige ikke-oksidative dekarboksylaser  5‐karboksyvanillat (2,6‐dihydroksybenzosyre dekarboksylase) og 2,3‐dihydroksybenzosyre dekarboksylase.

Litteratur

Wikipedia

Tilbake til hovedside