Hidroksilēšana

Hidroksilācijas ir ķīmiskās reakcijas, kurās molekulā tiek ievadītas hidroksilgrupas. Metabolisma ietvaros fermenti katalizē hidroksilēšanu. Atbilstošos fermentus sauc par hidroksilāzēm.

Kas ir hidroksilēšana?

Hidroksilācijas ir ļoti izplatītas ķīmijā un bioķīmijā. Parasti hidroksilēšana nozīmē vienas vai vairāku hidroksilgrupu ievadīšanu molekulā. Hidroksilgrupa sastāv no viena ūdeņraža un viena skābekļa atoma. Piemēram, metāna katalītiskā oksidēšana rada spirta metanolu. Ūdens molekulas katalītiskā pievienošana etilēnam rada etanolu.

Bioķīmiskajos procesos hidroksilgrupas pievienošanu katalītiski atbalsta ar tā saucamajām hidroksilāzēm. Piemēram, ar hidroksilāžu palīdzību noteiktas aminoskābes var pārvērst svarīgās aktīvās vielās organismā. Piemēram, fenilalanīns hidroksilēšanas ceļā tiek pārveidots par tirozīnu un tirozīns pārvēršas DOPA. Atbilstošie fermenti ir fenilalanīna hidroksilāze un tirozīna hidroksilāze. Ar triptofāna hidroksilāzes palīdzību triptofānu pārvērš 5-hidroksitriptofānā.

Saistaudos aminoskābes prolīnu un lizīnu hidroksilējot pārvērš hidroksiprolīnā un hidroksilizīnā. Tur esošās hidroksilētās aminoskābes nodrošina spēcīgu kolagēna saikni un tādējādi arī saistaudu stiprību.

Vēl viena svarīga hidroksilēšanas reakcija ir progesterona pārvēršana kortikosteroīdos.

Funkcija un uzdevums

Hidroksilācijas ir ļoti svarīgas bioķīmiskās reakcijas. Saistaudu stiprums ir atkarīgs no hidroksilēšanas reakcijām. Aminoskābes prolīns un lizīns augstā koncentrācijā atrodas saistaudu kolagēnā. Abus savienojumus var viegli nodrošināt ar papildu hidroksilgrupu, izmantojot hidroksilāzes. Hidroksilācija notiek olbaltumvielu ietvaros. Hidroksiprolīns veidojas no prolīna, bet hidroksilizīns - no lizīna. Par to ir atbildīgi fermenti prolīna hidroksilāze un lizīna hidroksilāze, izmantojot askorbīnskābi (C vitamīnu). Hidroksilgrupas veido piestiprināšanas punktus cukura atlikumiem vai arī tās nodrošina, ka atsevišķās olbaltumvielu molekulas ir saistītas. Šīs tīkla izveides rezultātā tiek izveidoti spēcīgi un elastīgi saistaudi.

Vēl viena hidroksilēšanas reakcija ir aminoskābes fenilalanīna pārvēršana tirozīnā.Šī reakcija ir svarīga eikariotu organismiem, jo ​​augsta fenilalanīna koncentrācija šūnā ir kaitīga. Tirozīns tiek tālāk hidroksilēts par L-DOPA. L-DOPA ir kateholamīns un dopamīna priekštecis. Svarīgas aminoskābes hidroksilēšanas rezultātā tiek pārveidotas par neirotransmiteriem.

Tas pats attiecas uz aminoskābes triptofāna hidroksilēšanu uz 5-hidroksitriptofānu. Šis savienojums savukārt ir serotonīna, cita neirotransmitera un audu hormona, priekštecis.

Visbeidzot, dzimumhormons progesterons hidroksilēšanas ceļā tiek pārveidots par kortikosteroīdiem, kas kā hormoni organismā veic dažādus uzdevumus. Tie ietver glikokortikoīdu kortizolu un mineralokortikoīdu aldosteronu. Šie hormoni tiek sintezēti, veicot progesterona hidroksilēšanu un hidroksilgrupu pārvēršanu keto vai aldehīda grupās.

Kopumā hidroksilēšana ir atbildīga par dažādu bioloģisko aģentu uzkrāšanos organismā. Šo reakciju traucējumi var izraisīt nopietnas veselības problēmas.

Slimības un kaites

Daudzi hidroksilējumi ir svarīgi metabolisma starpposmi.Ja rodas traucējumi hidroksilēšanā, tiek kavēti arī nākamie reakcijas posmi. Šādu traucējumu rezultātā var rasties nopietni veselības traucējumi. Piemēram, prolīna un lizīna hidroksilīzes kavēšana saistaudu kolagēnā noved pie saistaudu vājuma. Dažos gadījumos saistaudu var pārspīlēt. Āda var sagremot, un iekšējie orgāni vairs nav optimāli aizsargāti ar saistaudiem.

Ir daudz mutāciju, taču katrā ziņā ļoti reti, kas izraisa fermentu lizīna hidroksilāzes vai prolīna hidroksilāzes struktūras defektus. Katram ģenētiskajam defektam ir dažādi simptomi. Tomēr tas, kas viņiem visiem ir kopīgs, ir saistaudu vājums. Pārējie simptomi ir dažādi.

Skorbīts ir iegūts saistaudu vājums.Korbīns rodas, ja trūkst C vitamīna. C vitamīns vai askorbīnskābe atbalsta abas iepriekš minētās hidroksilāzes. Ja ķermenis netiek apgādāts ar C vitamīnu, lizīna un prolīna hidroksilāze diez vai var atbalstīt lizīna un prolīna hidroksilēšanu. Saistaudi, tāpat kā citi ķermeņa audi, tiek pakļauti pastāvīgiem uzkrāšanās un sabrukšanas procesiem. Ja ilgstoši trūkst C vitamīna, tiek izveidoti vāji saistaudi, jo hidroksilēšana vairs nedarbojas. Ir daudz nopietnu simptomu ar biežām infekcijām, izsīkumu, slikti dziedējošām brūcēm, ādas problēmām, muskuļu sabrukšanu, smaganu asiņošanu, paaugstinātu drudzi un daudz ko citu. Tomēr pēc C vitamīna ievadīšanas šie simptomi izzūd.

Vēl viena slimība, kas saistīta ar hidroksilēšanas traucējumiem, ir fenilketonūrija.Fenilketonūrijā aminoskābi fenilalanīnu vairs nevar pietiekami sadalīt, jo fermenta fenilalanīna hidroksilāzes (PAH) vai nu trūkst, vai tā darbojas nepareizi. Fenilalanīns ir kaitīgs lielākās koncentrācijās. Smadzeņu attīstība ir traucēta. Tiek apturēta arī galvaskausa augšana. Rezultāts ir intelektuālā invaliditāte. Diēta ar zemu fenilalanīna līmeni bērnībā var novērst slimības sākšanos.

Ja tirozīnu nevar hidroksilēt, jo tajā trūkst tirozīna hidroksilāzes (TYH), attīstās ļoti retais Segavas sindroms. Neirotransmitera dopamīns vairs netiek ražots pietiekamā daudzumā. Simptomi ir nepastāvīga gaita un Parkinsonam līdzīgi simptomi.

Ja triptofānu vairs nevar hidroksilēt fermenta triptofāna hidroksilāzes trūkuma dēļ, veidojas pārāk maz serotonīna. Depresija ir izplatīta. Visbeidzot, traucējumi progesterona hidroksilēšanā var izraisīt ar hormoniem saistītas slimības.