Gibt es eine Verwendung von CO₂ im menschlichen Körper?

Bevor ich die Antwort auf den menschlichen Stoffwechsel beschränke, ist es wichtig zu erwähnen, dass CO ₂ die Quelle der Kohlenstoffatome der Glukose in der Photosynthese (im Calvin-Zyklus ) ist. [Bei der Photosynthese ist CO ₂ 'fixiert'].

Trotz obiger Einschränkung bin ich sicher, dass ich nicht jedem hilfreichen Aspekt von CO ₂ im Stoffwechsel von Säugetieren gerecht werden kann, und beschränke mich auf einen Bereich, der mir beim Lesen Ihrer Frage in den Sinn kam: den Bedarf an Kohlendioxid (in die Form von Bicarbonat) für die Fettsäurebiosynthese (FAS) und, in etwas allgemeinerem Sinne, Biotin-abhängige Carboxylierungsreaktionen von Säugetieren/Bakterien. Abhängig von anderen Beiträgen kann ich dies möglicherweise etwas später erweitern.

Salih Wakil zeigte, dass CO ₂ eine absolute Voraussetzung für die Fettsäurebiosynthese ist, aber Kohlenstoffatome aus CO ₂ nicht im Fettsäureprodukt vorkommen .

Wir wissen jetzt, dass FAS mit der Carboxylierung von Acetyl-CoA zu Malonyl-CoA beginnt, katalysiert durch das Enzym Acetyl-CoA-Carboxylase . Acetyl-CoA, ATP und Bicarbonat sind die Substrate für dieses Enzym, und Malonyl-CoA ist ein Schlüsselprodukt. Eine der vielen interessanten Eigenschaften dieses Enzyms ist, dass es Biotin enthält , das (in diesem Fall) als Träger von „aktivem“ CO ₂ betrachtet werden kann .

Dies erklärt den Bedarf an Kohlendioxid, aber warum kein Kohlenstoff aus CO ₂ im Endprodukt?

Es ist nun bekannt, dass in nachfolgenden FAS-Reaktionen ein Derivat von Malonyl-CoA mit einem Derivat von Acetyl-CoA (ich vereinfache hier) kondensiert, um eine Verbindung mit vier Kohlenstoffatomen unter Verlust von CO ₂ zu ergeben .

Somit ist Kohlendioxid (in Form von Bicarbonat) eine obligatorische Voraussetzung für die Fettsäurebiosynthese von Säugetieren, aber kein von CO ₂ stammender Kohlenstoff wird in Fettsäuren eingebaut.

Kohlendioxid wird auch für die Bildung von Oxalacetat aus Pyruvat benötigt. Bei dieser Reaktion kann es sich um eine Methode zum „Auffüllen“ eines Schlüsselzwischenprodukts im Krebszyklus handeln (eine sogenannte anapleurotische Reaktion). Das Enzym hier ist Pyruvat-Carboxylase und die Substrate für die Reaktion sind Pyruvat, Bicarbonat und ATP, wobei Oxalacetat ein Schlüsselprodukt ist. Dieses Enzym enthält auch Biotin und (wie Acetyl-CoA-Carboxylase) wird CO ₂ während des Reaktionszyklus kovalent an Biotin gebunden.

Pyruvat-CoA-Carboxylase wurde von Harland. G. Wood und C. Werkman in Bakterien entdeckt (siehe hier für eine gute Referenz zu den frühen Arbeiten über Pyruvat-Carboxylase). _{Seine Entdeckung war sehr umstritten, da man damals annahm, dass tierische/bakterielle Zellen CO 2} nicht „fixieren“ könnten ; das heißt, CO ₂ wird nur bei der Photosynthese „fixiert“. Diese Entdeckung widerlegte diesen Dogmatismus.

Ein drittes Enzym, das CO ₂ als Substrat (in Form von Bicarbonat) benötigt, ist Propionyl-CoA-Carboxylase . Dieses Enzym kommt in Mitochondrien vor und wirkt im Stoffwechsel von ungeradkettigen Fettsäuren. Es enthält auch Biotin .

Ich habe mich auf einige biochemische Aspekte Ihrer Frage konzentriert. Die drei genannten Enzyme Acety-CoA-Carboxylase, Pyruvat-Carboxylase und Propionyl-CoA-Carboxylase benötigen alle CO ₂ in Form von Bicarbonat als Substrat, enthalten alle Biotin und spielen (soweit ich weiß) alle eine sehr zentrale Rolle im Stoffwechsel von Säugetieren . (Sie benötigen auch alle ATP als Substrat).

Von den vielen interessanten Aspekten von Biotin erwähne ich nur einen. Eiweiß enthält ein Protein, Avidin , das Biotin sehr, sehr fest bindet. Tatsächlich ist die Biotin-Avidin-Wechselwirkung eine der stärksten bekannten nicht-kovalenten Wechselwirkungen. Soweit mir bekannt ist, kennt niemand die Funktion von Avidin in Eiweiß. Einige Bakterien enthalten ein ähnliches (aber evolutionär nicht verwandtes) Protein namens Streptavidin . Niemand kennt auch die Funktion von Steptavidin (wiederum, soweit ich weiß).

Die Originalarbeit von Wood & Werkman: wurde 1936 im Biochemical Journal veröffentlicht

Die Verwertung von CO ₂ beim Abbau von Glycerin durch die Propionsäurebakterien.

Harland Goff Wood und Chester Hamlin Werkman.

Biochemical Journal, Band 30 , Januar 1936, Seiten 48-53

Einige zusätzliche Punkte zur Rolle von Bicarbonat (das direkt aus Kohlendioxid gebildet wird, wie von TomD beschrieben):

1. Hilft, den sauren Speisebrei zu neutralisieren, wenn er in den Darm gelangt.
2. Schalenbildung bei Wirbellosen und Eierschalen bei Vögeln und Reptilien. Schalen werden durch Ablagerung von Calcit (Kalziumkarbonat) gebildet, was hauptsächlich durch eine erhöhte Bikarbonat- und Kalziumsekretion geschieht.
3. Bikarbonat ist auch wichtig für den Chloridtransport (Anionenaustausch). In RBCs geschieht dies über Band3

Um meine 2 Cent hinzuzufügen: Atemfrequenz und -tiefe werden durch Chemorezeptoren in der Medulla im Hirnstamm reguliert. Diese Chemorezeptoren reagieren in erster Linie auf den pH-Wert des Blutes, aber der pH-Wert wird zu einem wichtigen Teil durch das CO ₂ /HCO ₃ ^{-Gleichgewicht} bestimmt , wie von @TomD erklärt. Im Wesentlichen ist es die Zunahme des CO ₂ , die von der Medulla wahrgenommen wird und die die Atemfrequenz und die Einatmungstiefe erhöht. Siehe diese Webseite über Atemkontrolle .