hydroksylaation

hydroksylaatiot ovat kemiallisia reaktioita, joissa hydroksyyliryhmät viedään molekyyliin. Osana metaboliaa entsyymit katalysoivat hydroksylaatiota. Vastaavia entsyymejä kutsutaan hydroksylaaseiksi.

Mikä on hydroksylaatio?

Hydroksylaatiot ovat hyvin yleisiä kemiassa ja biokemiassa. Yleensä hydroksylaatio tarkoittaa yhden tai useamman hydroksyyliryhmän viemistä molekyyliin. Hydroksyyliryhmä koostuu yhdestä vety- ja yhdestä happiatomista. Metaanin katalyyttinen hapetus tuottaa muun muassa alkoholin metanolia. Vesimolekyylin katalyyttinen lisääminen eteeniin tuottaa etanolia.

Biokemiallisissa prosesseissa hydroksyyliryhmän lisäämistä tuetaan katalyyttisesti ns. Hydroksylaaseilla. Esimerkiksi hydroksylaasien avulla tietyt aminohapot voidaan muuttaa tärkeiksi aktiivisiksi aineosiksi organismissa. Esimerkiksi fenyylialaniini muuttuu tyrosiiniksi ja tyrosiini puolestaan ​​DOPA: ksi hydroksylaation avulla. Vastaavat entsyymit ovat fenyylialaniinihydroksylaasi ja tyrosiinihydroksylaasi. Tryptofaani muunnetaan 5-hydroksitryptofaaniksi tryptofaanihydroksylaasin avulla.

Sidekudoksessa aminohapot proliini ja lysiini muuttuvat hydroksiproliiniksi ja hydroksylysiiniksi hydroksylaation avulla. Siellä olevat hydroksyloidut aminohapot varmistavat kollageenin vahvan silloittumisen ja siten myös sidekudoksen lujuuden.

Toinen tärkeä hydroksylointireaktio on progesteronin muutos kortikosteroideiksi.

Toiminto ja tehtävä

Hydroksylaatiot ovat erittäin tärkeitä biokemiallisia reaktioita. Sidekudoksen lujuus riippuu hydroksylaatioreaktioista. Aminohapot proliini ja lysiini ovat läsnä suurina pitoisuuksina sidekudoksen kollageenissa. Molemmat yhdisteet voidaan helposti aikaansaada ylimääräisellä hydroksyyliryhmällä käyttämällä hydroksylaaseja. Hydroksylaatio tapahtuu proteiinin sisällä. Hydroksiproliini muodostuu proliinista ja hydroksylysiini lysiinistä. Entsyymit proliinihydroksylaasi ja lysiinihydroksylaasi ovat vastuussa tästä askorbiinihapon (C-vitamiini) avulla. Hydroksyyliryhmät muodostavat kiinnityskohdat sokerijäännöksille tai ne varmistavat, että yksittäiset proteiinimolekyylit ovat kytkettyinä. Tämä verkostoituminen johtaa vahvaan ja joustavaan sidekudokseen.

Toinen hydroksylointireaktio on aminohapon fenyylialaniinin muuttaminen tyrosiiniksi .Tämä reaktio on tärkeä eukaryoottisille organismeille, koska korkeat fenyylialaniinipitoisuudet solussa ovat haitallisia. Tyrosiini hydroksyloidaan edelleen L-DOPA: ksi. L-DOPA on katekoliamiini ja dopamiinin edeltäjä. Tärkeät aminohapot muuttuvat lopulta välittäjäaineiksi hydroksylaation avulla.

Sama pätee aminohapon tryptofaanin hydroksylaatioon 5-hydroksitryptofaaniksi. Tämä yhdiste puolestaan ​​edustaa serotoniinin, toisen välittäjäaineen ja kudoshormonin edeltäjää.

Lopuksi, sukupuolihormoni progesteroni muunnetaan kortikosteroideiksi hydroksylaation kautta, joka suorittaa hormonina erilaisia ​​kehon tehtäviä. Näitä ovat glukokortikoidikortisoli ja mineralokortikoidi aldosteroni. Nämä hormonit syntetisoidaan progesteronin hydroksylaatiolla ja muuttamalla hydroksyyliryhmät keto- tai aldehydiryhmiksi.

Kaiken kaikkiaan hydroksylaatiot ovat vastuussa erilaisten biologisten tekijöiden kertymisestä organismissa. Näiden reaktioiden häiriöt voivat johtaa vakaviin terveysongelmiin.

Sairaudet ja vaivat

Monet hydroksylaatiot edustavat tärkeitä välivaiheita aineenvaihdunnassa.Jos hydroksylaatiossa esiintyy häiriöitä, myös seuraavat reaktiovaiheet estetään. Tällaisten häiriöiden seurauksena voi esiintyä merkittäviä terveyshaittoja. Esimerkiksi proliinin ja lysiinin hydroksylyysin estäminen sidekudoksen kollageenissa johtaa sidekudoksen heikkouteen. Joissakin tapauksissa sidekudos voi olla ylikuormitettu. Iho voi notkea ja sidekudos ei enää suojaa sisäelimiä.

On olemassa monia mutaatioita, vaikkakin hyvin harvinaisia, jotka johtavat lysiinihydroksylaasi- tai proliinihydroksylaasientsyymien rakenteen virheisiin. Jokaisella geneettisellä vikalla on erilaisia ​​oireita. Niillä kaikilla on kuitenkin yhteistä sidekudoksen heikkous. Muut oireet ovat erilaisia.

Kurvitsus on hankittu sidekudoksen heikkous.Kukkaro esiintyy, kun puuttuu C-vitamiinia. C-vitamiini tai askorbiinihappo tukee kahta edellä mainittua hydroksylaasia. Jos elimistö ei saa C-vitamiinia, lysiini- ja proliinihydroksylaasi voi tuskin tukea lysiinin ja proliinin hydroksylaatiota. Sidekudokselle, kuten muille kehon kudoksille, kohdistuu jatkuvia kertymis- ja hajoamisprosesseja. Jos C-vitamiinista puuttuu pitkään, syntyy heikko sidekudos, koska hydroksylaatio ei enää toimi. Siellä on monia vakavia oireita, joissa on usein infektioita, uupumus, heikosti paranevat haavat, iho-ongelmat, lihasten hajoaminen, ikenien verenvuoto, korkea kuume ja paljon muuta. Nämä oireet häviävät kuitenkin C-vitamiinin antamisen jälkeen.

Toinen hydroksylaatiohäiriöihin liittyvä sairaus on fenyyliketonuria.Fenyyliketonuriassa aminohappo fenyylialaniinia ei voida enää hajottaa riittävästi, koska entsyymi fenyylialaniinihydroksylaasi (PAH) puuttuu tai puuttuu toimintahäiriöistä. Fenyylialaniini on haitallista suurempina pitoisuuksina. Aivojen kehitys on heikentynyt. Myös kallon kasvu pysähtyy. Tuloksena on henkinen vamma. Matala-fenyylialaniinia sisältävä ruokavalio lapsuudessa voi estää taudin puhkeamisen.

Jos tyrosiinia ei voida hydroksyloida, koska tyrosiinihydroksylaasi (TYH) puuttuu, kehittyy hyvin harvinainen Segawa-oireyhtymä. Välittäjäaineen dopamiinia ei enää tuoteta riittävästi. Oireita ovat epävakaa kävely ja Parkinsonin kaltaiset oireet.

Jos tryptofaania ei voida enää hydroksyloida tryptofaanihydroksylaasi-entsyymin puutteen vuoksi, muodostuu liian vähän serotoniinia. Masennus on yleinen. Lopuksi häiriöt progesteronin hydroksylaatiossa voivat johtaa hormoniin liittyviin sairauksiin.