Concepto de Descarboxilación
El término Descarboxilación designa una reacción química en la cual ocurre la eliminación del grupo carboxilo de un ácido carboxílico, resultando de ahí la liberación de dióxido de carbono (CO2). La descarboxilación ocurre por acción de enzimas denominadas descarboxilasas, pudiendo también aparecer, en ciertos casos, de forma espontánea tras el calentamiento de los metabolitos.
Reacción general de descarboxilación
Las descarboxilaciones constituyen el modo esencial de formación de CO2 durante la respiración celular y durante la descomposición de sustancias orgánicas.
En bioquímica, las descarboxilaciones ocurren en los ácidos carboxílicos que poseen un grupo carbonilo (CO) tanto en el carbono α (alfa), carbono adyacente al grupo carboxilo, como en el carbono β (beta), segundo carbono siguiente al grupo carboxilo. Estos compuestos son, como tal, llamados α-cetoácidos y β-cetoácidos, respectivamente (el prefijo ceto indica la presencia de un grupo carbonilo y el sufijo ácido, la presencia de un grupo carboxilo).
Ejemplos de cetoácidos: A – α-cetoácido e B – β-cetoácido
Descarboxilación de β-cetoácidos
La mayoría de los ácidos carboxílicos son resistentes al calor. Sin embargo, los β-cetoácidos son una excepción puesto que, en laboratorio, un calentamiento puede llevar a su descarboxilación.
Por ejemplo, el ácido acetoacético (o ácido 3-oxobutanóico) sufre una descarboxilación espontánea originando acetona y CO2 cuando es moderadamente calentado.
Reacción de descarboxilación del ácido acetoacético
In vivo, la descarboxilación de β-cetoácidos también sucede. Como ejemplo podemos citar lo que ocurre en el organismo tras una fase de ayuno prolongado o en condiciones de diabetes mal controlada. Las alteraciones metabólicas, debidas a ese tipo de condiciones, son caracterizadas por una producción excesiva de moléculas llamadas cuerpos cetónicos, de las cuales forman parte el ácido acetoacético y la acetona. El ácido acetoacético sufre una descarboxilación enzimática, por acción de descarboxilasas, llevando a la producción de acetona, cuyo olor característico es exhalado en la respiración del individuo en cuestión.
Descarboxilación de α-cetoácidos
Los α-cetoácidos también sufren descarboxilación. La eliminación del grupo carboxilo de ese tipo de moléculas requiere la acción catalítica de una descarboxilasa.
El ácido pirúvico (o ión piruvato) proveniente de la glucólisis es un ejemplo de α-cetoácido. En condiciones anaerobias, la degradación de la glucosa se efectúa a través de la fermentación. En la fermentación alcohólica, el ácido pirúvico es descarboxilado por la acción de una enzima llamada piruvato descarboxilasa que está presente, por ejemplo, en las levaduras. De esa reacción resulta, además del CO2 liberado, acetaldeido (o etanal) que es convertido a continuación en etanol por la acción de otra enzima, el alcohol deshiderogenasa.
Reacción de descarboxilación del ácido pirúvico
En condiciones aerobias, el piruvato producido en el transcurso de la respiración celular sufre una desaboxilación oxidativa (descarboxilación combinada con oxidación) en la matriz mitocondrial. Esta reacción es catalizada por un complejo multienzimático constituido por tres enzimas (piruvato deshidrogenasa, dihidrolipamida transcetilasa y dihidrolipamida deshidrogenasa) llamado complejo del piruvato deshidrogenasa y cinco coenzimas, una de las cuales siendo la coenzima A (CoA o CoA-SH). El producto resultante de esta reacción, la acetilcoenzima A (Acetil-CoA), entra en el ciclo de Krebs que corresponde a una secuencia de descarboxilaciones oxidativas.
Reação global da descarboxilação oxidativa do piruvato
Descarboxilación de aminoácidos
La descarboxilación de los aminoácidos se hace por acción de una descarboxilasa específica para cada aminoácido dando origen a la respectiva amina.
Reacción general de descarboxilación de aminoácidos
Esta reacción es muy importante puesto que es responsable por la producción de compuestos (aminas) con efectos fisiológicos significativos en el organismo.
Ejemplos de descarboxilaciones de aminoácidos:
| Aminoácido | Amina | Papel de la amina |
| Ácido glutámico | GABA (ácido γ -aminobutírico) | Principal neurotransmisor del sistema nervioso central de los mamíferos |
| Fenilalanina | Feniletilamina | Neuromodulador |
| Histidina | Histamina | Estimula la secreción gástrica; Envuelta en varios procesos alérgicos |
| L-DOPA (L-3,4-dihidroxifenilalanina) | Dopamina | Precursora de la adrenalina |
| Lisina | Cadaverina | Producida durante a putrefacción de tejidos orgánicos y responsable por el olor a cadáver |
| Tirosina | Triptamina | Neuromodulador |
References:
- Bansal, R. (1996). Synthetic approaches in organic chemistry. 1st ed. Sudbury, Mass.: Jones and Bartlett.
- Brown, W., Iverson, B., Anslyn, E. and Foote, C. (2013). Organic chemistry. 1st ed. Boston: Cengage Learning
- Pubchem.ncbi.nlm.nih.gov. (2016). The PubChem Project. [online] Available at: https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/ [Accessed 21 Dec. 2016].
- Raymond, K. (2010). General, organic, and biological chemistry. 1st ed. Hoboken, N.J.: John Wiley & Sons.
