hidroksilacija

Hydroxylations kemijske su reakcije u kojima se hidroksilne skupine uvode u molekulu. Kao dio metabolizma, enzimi kataliziraju hidroksilaciju. Odgovarajući enzimi nazivaju se hidroksilaze.

Što je hidroksilacija?

Hidroksilacije su vrlo česte u kemiji i biokemiji. Općenito, hidroksilacija znači uvođenje jedne ili više hidroksilnih skupina u molekulu. Hidroksilna skupina sastoji se od jednog atoma vodika i jednog kisika. Između ostalog, katalitičkom oksidacijom metana nastaje alkoholni metanol. Katalitičkim dodavanjem molekule vode etenu nastaje etanol.

U biokemijskim procesima, dodavanje hidroksilne skupine katalitički je podržano takozvanim hidroksilazama. Na primjer, uz pomoć hidroksilaza, određene aminokiseline mogu se pretvoriti u važne aktivne sastojke u organizmu. Na primjer, fenilalanin se pretvara u tirozin, a tirozin u DOPA hidroksilacijom. Odgovarajući enzimi su fenilalanin hidroksilaza i tirozin hidroksilaza. Triptofan se pretvara u 5-hidroksitriptofan uz pomoć triptofan hidroksilaze.

U vezivnom tkivu aminokiseline prolin i lizin pretvaraju se u hidroksiprolin i hidroksilizin hidroksilacijom. Hidroksilirane aminokiseline tamo osiguravaju snažno umrežavanje kolagena, a samim tim i čvrstoću vezivnog tkiva.

Druga važna reakcija hidroksilacije je pretvorba progesterona u kortikosteroide.

Funkcija i zadatak

Hidroksilacije su vrlo važne biokemijske reakcije. Snaga vezivnog tkiva ovisi o reakcijama hidroksilacije. Aminokiseline prolin i lizin prisutne su u visokim koncentracijama u kolagenu vezivnog tkiva. Oba spoja lako se mogu dobiti s dodatnom hidroksilnom skupinom koristeći hidroksilaze. Hidroksilacija se odvija unutar proteina. Hidroksiprolin nastaje iz prolina, a hidroksilizin iz lizina. Za to su odgovorni enzimi prolin hidroksilaza i lizin hidroksilaza uz pomoć askorbinske kiseline (vitamin C). Hidroksilne skupine tvore točke pričvršćivanja za ostatke šećera ili osiguravaju povezivanje pojedinih molekula proteina. To umrežavanje rezultira snažnim i fleksibilnim vezivnim tkivom.

Druga reakcija hidroksilacije je pretvorba fenilalanina aminokiseline u tirozin, koja je važna za eukariotske organizme, jer su visoke koncentracije fenilalanina u stanici štetne. Tirozin se nadalje hidroksilira u L-DOPA. L-DOPA je kateholamin i prekursor dopamina. Važne aminokiseline se na kraju pretvaraju u neurotransmitere hidroksilacijom.

Isto se odnosi na hidroksilaciju aminokiseline triptofan u 5-hidroksitriptofan. Ovaj spoj, sa svoje strane, predstavlja prekursor serotonina, drugog neurotransmitera i tkivnog hormona.

Napokon, spolni hormon progesteron pretvara se u kortikosteroide hidroksilacijom koji, kao hormoni, obavljaju različite zadatke u tijelu. Oni uključuju glukokortikoidni kortizol i mineralokortikoidni aldosteron. Ti se hormoni sintetiziraju hidroksilacijom progesterona i pretvorbom hidroksilnih skupina u keto ili aldehidne skupine.

Sveukupno, hidroksilacije su odgovorne za stvaranje različitih bioloških uzročnika u organizmu. Poremećaji ovih reakcija mogu dovesti do ozbiljnih zdravstvenih problema.

Bolesti i bolesti

Mnoge hidroksilacije predstavljaju važne intermedijarne korake u metabolizmu, a ako se pojave poremećaji u hidroksilaciji, slijede i reakcijski koraci se inhibiraju. Kao rezultat takvih poremećaja mogu se pojaviti značajna oštećenja zdravlja. Na primjer, inhibicija hidrokslize prolina i lizina u kolagenu vezivnog tkiva dovodi do slabosti vezivnog tkiva. U nekim slučajevima vezivno tkivo može biti pretegnuto. Koža se može sagnuti i unutarnji organi više nisu optimalno zaštićeni vezivnim tkivom.

Mnogo je mutacija, iako vrlo rijetkih, koje dovode do oštećenja u strukturi enzima lizin hidroksilaze ili prolin hidroksilaze. Svaki pojedinačni genetski nedostatak pokazuje različite simptome. Međutim, zajedničko im je sve slabost vezivnog tkiva. Ostali simptomi su raznoliki.

Škrob je stečena slabost vezivnog tkiva, a javlja se kod nedostatka vitamina C. Vitamin C ili askorbinska kiselina podržavaju gore spomenute dvije hidroksilaze. Ako tijelo nije opskrbljeno vitaminom C, lizin i prolin hidroksilaza teško mogu poduprijeti hidroksilaciju lizina i prolina. Vezivno tkivo, kao i ostala tkiva u tijelu, podliježe stalnim procesima nakupljanja i raspada. Ako vitamin C nedostaje duže vrijeme, stvara se slabo vezivno tkivo jer hidroksilacija više ne djeluje. Postoje mnogi ozbiljni simptomi s čestim infekcijama, iscrpljenošću, slabo zacjeljujućim ranama, kožnim problemima, raspadom mišića, krvarenjem desni, visokom temperaturom i još mnogo toga. Međutim, ovi simptomi nestaju nakon uzimanja vitamina C.

Druga bolest povezana s poremećajima hidroksilacije je fenilketonurija. U fenilketonuriji aminokiselina fenilalanin više se ne može razgraditi jer enzim fenilalanin hidroksilaza (PAH) nedostaje ili ne funkcionira. Fenilalanin je štetan u većim koncentracijama. Postoji oštećenje razvoja mozga. Zaustavljen je i rast lubanje. Rezultat je intelektualni invaliditet. Dijeta sa niskim fenilalaninom u djetinjstvu može spriječiti početak bolesti.

Ako se tirozin ne može hidroksilirati jer nedostaje tirozin hidroksilaza (TYH), razvija se vrlo rijedak Segawa sindrom. Neurotransmiter dopamin više se ne proizvodi u dovoljnim količinama. Simptomi su nestabilni hod i Parkinsonovi simptomi.

Ako se triptofan više ne može hidroksilirati zbog nedostatka enzima triptofan hidroksilaze, stvara se premalo serotonina. Depresija je česta. Konačno, poremećaji u hidroksilaciji progesterona mogu dovesti do bolesti povezanih s hormonima.