Decarbossilasi o carbossile-liasi

Le decarbossilasi o carbossile-liasi sono enzimi appartenenti alla classe delle liasi che catalizzano le reazioni di decarbossilazione

Classificate con numero EC 4.1.1. assumono abitualmente il nome del substrato di cui catalizzano la decarbossilazione.

Promuovono  la rottura di un legame carbonio-carbonio e l’allontanamento del biossido di carbonio.

Vi è, tuttavia, un solo enzima che catalizza la fissazione del biossido di carbonio in tutti gli organismi aerobi e fotosintetici detto RuBisCO

Le decarbossilasi hanno una struttura assai variabile e diversi ruoli tra cui il metabolismo degli amminoacidi che si trasformano in ammine.

Gli enzimi che catalizzano il metabolismo degli amminoacidi sono ornitina, arginina e lisina decarbossilasi.

Glutammato decarbossilasi (GAD)

Catalizza la decarbossilazione dell’acido glutammico nel neurotrasmettitore acido γ-aminobutirrico (GABA) e CO₂ utilizzando quale cofattore il piridossalfosfato

La reazione che avviene è:

HOOCCH₂CH₂CH(NH₂)COOH → HOOCCH₂CH₂CH₂NH₂ + CO₂

Il GAD può stimolare il sistema immunitario a produrre autoanticorpi contro le cellule sane.

Autoanticorpi anti GAD compaiono anni prima dello sviluppo del diabete di tipo 1 e prima della comparsa dei sintomi clinici. Il diabete di tipo 1 è dovuto alla mancata produzione di insulina da parte del pancreas che non è in grado di produrre insulina a causa della distruzione delle beta-cellule deputate alla produzione di questo ormone.

Pertanto la presenza degli anti GAD nel siero è un marcatore sensibile e specifico per la valutazione del rischio di diabete di tipo 1, sia per la futura dipendenza dall’insulina.

Piruvato decarbossilasi PDC

La piruvato decarbossilasi catalizza due reazioni diverse: la decarbossilazione non ossidativa degli α-chetoacidi alle corrispondenti aldeidi e una reazione collaterale in cui si ha la formazione di idrossichetoni.  Catalizza la decarbossilazione del piruvato in acetaldeide

Nel 1911 Neuberg e Karczag descrissero per la prima volta la decarbossilazione del piruvato in acetaldeide nel Saccharomyces cerevisiae comunemente noto come “lievito di birra”. Svolge un ruolo importante nella glicolisi e nella fermentazione dell’etanolo . È il primo enzima del percorso glicolitico ramificato che, in condizioni anaerobiche, porta alla decarbossilazione non ossidativa del piruvato in prodotti finali ridotti. Nel lievito, la piruvato decarbossilasi insieme all’alcol deidrogenasi (EC 1.1.1.1) converte il piruvato in etanolo.

La tiamina pirofosfato è il coenzima del PDC dei chetoacidi e delle transchetolasi. Ha un ruolo importante nella decarbossilazione ossidativa del piruvato e dell’α-chetoglutarato nel ciclo di Krebs e nella reazione transchetolasica nella via dei pentoso fosfati.

l meccanismo di reazione della decarbossilazione del piruvato catalizzata dalla tiamina pirofosfato prevede la formazione di un legame covalente tra l’atomo di carbonio adiacente all’atomo di azoto e di zolfo dell’anello tiazolico (C2) precedentemente deprotonato ed il carbonio carbonilico del piruvato. Questo intermedio della reazione porta poi alla perdita di CO₂

Istidina decarbossilasi

L’istidina decarbossilasi umana (HDC) e la dopa decarbossilasi (DDC) sono enzimi altamente omologhi responsabili della sintesi di ammine biogene (BA) come l’istamina, la serotonina e la dopamina, rispettivamente. Gli enzimi condividono molte analogie strutturali e funzionali, mentre i loro metabolismi di prodotto seguono anche modelli simili che sono confluenti in alcuni passaggi metabolici. Sono coinvolti in funzioni fisiologiche comuni, come la neurotrasmissione , la funzione del tratto gastrointestinale, l’immunità, la crescita cellulare e la differenziazione cellulare .

Ornitina decarbossilasi

È l’enzima che catalizza la conversione dell’ornitina in putrescina, il primo e più importante passaggio nella sintesi della putrescina e delle poliammine spermidina e spermina durante la progressione del ciclo cellulare.  Le poliammine sono necessarie per la crescita e la differenziazione cellulare.  È un enzima costitutivo, dipendente dal piridossal 5′-fosfato , che è probabilmente presente in tutte le cellule e i tessuti.

La concentrazione di ornitina decarbossilasi è molto bassa nelle cellule quiescenti, ma la sua quantità aumenta di molte volte in una varietà di tessuti entro poche ore dall’esposizione a stimoli trofici, come ormoni, farmaci, rigenerazione tissutale e fattori di crescita