¿Hay algún uso de CO₂ en el cuerpo humano?

Antes de restringir la respuesta al metabolismo humano, reconozco que es importante mencionar que el CO ₂ es la fuente de los átomos de carbono de la glucosa en la fotosíntesis (en el ciclo de Calvin ). [En la fotosíntesis, el CO ₂ se 'fija'].

Incluso con la restricción anterior, estoy seguro de que no puedo hacer justicia a todos los aspectos útiles del CO ₂ en el metabolismo de los mamíferos, y me limitaré a un área que me vino a la mente al leer su pregunta: el requerimiento de dióxido de carbono (en la forma de bicarbonato) para la biosíntesis de ácidos grasos (FAS) y, en un sentido un poco más general, reacciones de carboxilación dependientes de biotina de mamíferos/bacterias. Dependiendo de otras contribuciones, podría extender esto un poco más tarde.

Salih Wakil demostró que el CO ₂ es un requisito absoluto para la biosíntesis de ácidos grasos, pero los átomos de carbono del CO ₂ no aparecen en el producto de ácidos grasos .

Ahora sabemos que FAS comienza con la carboxilación de acetil-CoA a malonil-CoA, catalizada por la enzima acetil-CoA carboxilasa . Acetil-CoA, ATP y bicarbonato son los sustratos de esta enzima, y ​​el malonil-CoA es un producto clave. Una de las muchas propiedades interesantes de esta enzima es que contiene biotina , que (en este caso) puede considerarse un portador de CO ₂ 'activo' .

Esto explica el requerimiento de dióxido de carbono, pero ¿por qué no hay carbono de CO ₂ en el producto final?

Ahora se sabe que en reacciones FAS posteriores, un derivado de malonil-CoA se condensa con un derivado de acetil-CoA (estoy simplificando aquí) para dar un compuesto de cuatro carbonos con pérdida de CO ₂ .

Por lo tanto, el dióxido de carbono (en forma de bicarbonato) es un requisito obligatorio para la biosíntesis de ácidos grasos de los mamíferos, pero no se incorpora carbono derivado del CO2 a los ácidos grasos _.

También se requiere dióxido de carbono para la formación de oxaloacetato a partir de piruvato. Esta reacción puede considerarse como un método para "llenar" un intermedio clave del ciclo de Krebs (la llamada reacción anapleurótica ). La enzima aquí es piruvato carboxilasa y los sustratos para la reacción son piruvato, bicarbonato y ATP, siendo el oxaloacetato un producto clave. Esta enzima también contiene biotina y (como la acetil CoA carboxilasa), el CO ₂ se une covalentemente a la biotina durante el ciclo de reacción.

La piruvato-CoA carboxilasa fue descubierta por Harland.G Wood y C. Werkman en bacterias (consulte aquí una buena referencia sobre los primeros trabajos sobre la piruvato carboxilasa). Su descubrimiento fue muy controvertido porque en ese momento se pensaba que las células animales/bacterianas no podían 'fijar' el CO ₂ ; es decir, se pensaba que el CO ₂ sólo se 'fija' en la fotosíntesis. Este descubrimiento refutó ese dogmatismo.

Una tercera enzima que requiere CO ₂ como sustrato (en forma de bicarbonato) es la propionil-CoA carboxilasa . Esta enzima se produce en las mitocondrias y funciona en el metabolismo de los ácidos grasos de cadena impar. También contiene biotina .

Me he concentrado en algunos aspectos bioquímicos de su pregunta. Las tres enzimas mencionadas, acetil-CoA carboxilasa, piruvato carboxilasa y propionil-CoA carboxilasa, requieren CO ₂ en forma de bicarbonato como sustrato, todas contienen biotina y (que yo sepa) todas juegan un papel central en el metabolismo de los mamíferos. . (También todos requieren ATP como sustrato).

De los muchos aspectos interesantes de la biotina , mencionaré solo uno. La clara de huevo contiene una proteína, avidina , que se une a la biotina muy, muy fuertemente. De hecho, la interacción biotina-avidina es una de las interacciones no covalentes más fuertes conocidas. Que yo sepa, nadie conoce la función de la avidina en la clara de huevo. Algunas bacterias contienen una proteína similar (pero evolutivamente no relacionada) llamada estreptavidina . Nadie conoce la función de steptavidin tampoco (nuevamente, que yo sepa).

El artículo original de Wood & Werkman: fue publicado en el Biochemical Journal en 1936

La utilización de CO ₂ en la disimilación de glicerol por las bacterias del ácido propiónico.

Harland Goff Wood y Chester Hamlin Werkman.

Revista bioquímica, volumen 30 , enero de 1936, págs. 48-53

Algunos puntos adicionales sobre el papel del bicarbonato (que se forma directamente a partir del dióxido de carbono como lo describe TomD):

1. Ayuda a neutralizar el quimo ácido cuando ingresa al intestino.
2. Formación de caparazones en invertebrados y de huevos en aves y reptiles. Las conchas se forman por la deposición de calcita (carbonato de calcio) que ocurre principalmente por el aumento de la secreción de bicarbonato y calcio.
3. El bicarbonato también es importante para el transporte de cloruro (intercambio aniónico). En RBC pasa a través de Band3

Para agregar mi valor de 2 centavos: la frecuencia y la profundidad de la respiración están reguladas por quimiorreceptores en la médula en el tronco encefálico. Estos quimiorreceptores responden principalmente al pH de la sangre, pero el pH está determinado en una parte importante por el equilibrio CO ₂ /HCO ₃ ^, como lo explica @TomD. Esencialmente, es el aumento de CO ₂ que es detectado por la médula y que aumenta la frecuencia respiratoria y la profundidad de la inhalación. Consulte esta página web sobre el control respiratorio .