hydroxylácia

hydroxylácia sú chemické reakcie, pri ktorých sú do molekuly zavedené hydroxylové skupiny. V rámci metabolizmu enzýmy katalyzujú hydroxyláciu. Zodpovedajúce enzýmy sa nazývajú hydroxylázy.

Čo je to hydroxylácia?

Hydroxylácie sú v chémii a biochémii veľmi bežné. Hydroxylácia vo všeobecnosti znamená zavedenie jednej alebo viacerých hydroxylových skupín do molekuly. Hydroxylová skupina pozostáva z jedného atómu vodíka a jedného atómu kyslíka. Napríklad katalytická oxidácia metánu produkuje alkohol metanol. Katalytickým pridaním molekuly vody k eténu sa získa etanol.

V biochemických procesoch je pridanie hydroxylovej skupiny katalyticky podporované takzvanými hydroxylázami. Napríklad pomocou hydroxyláz môžu byť určité aminokyseliny premenené na dôležité aktívne zložky v organizme. Napríklad fenylalanín sa prostredníctvom hydroxylácie premení na tyrozín a tyrozín na DOPA. Zodpovedajúce enzýmy sú fenylalanín hydroxyláza a tyrozín hydroxyláza. Tryptofán sa prevádza na 5-hydroxytryptofán pomocou tryptofánhydroxylázy.

V spojivovom tkanive sa aminokyseliny prolín a lyzín hydroxyláciou prevedú na hydroxyprolín a hydroxylyzín. Hydroxylované aminokyseliny tu zabezpečujú silné zosieťovanie kolagénu a tým aj pevnosť spojivového tkaniva.

Ďalšou dôležitou hydroxylačnou reakciou je konverzia progesterónu na kortikosteroidy.

Funkcia a úloha

Hydroxylácie sú veľmi dôležité biochemické reakcie. Sila spojivového tkaniva závisí od hydroxylačných reakcií. Aminokyseliny prolín a lyzín sú prítomné vo vysokých koncentráciách v kolagéne spojivového tkaniva. Obidve zlúčeniny sa môžu ľahko získať pomocou ďalšej hydroxylovej skupiny s ďalšou hydroxylovou skupinou. Hydroxylácia prebieha v proteíne. Hydroxyprolín sa tvorí z prolínu a hydroxylyzínu z lyzínu. Enzýmy prolínhydroxyláza a lyzínhydroxyláza sú za to zodpovedné pomocou kyseliny askorbovej (vitamín C). Hydroxylové skupiny tvoria pripájacie body pre cukrové zvyšky alebo zaisťujú, že jednotlivé proteínové molekuly sú spojené. Výsledkom tejto siete je silné a flexibilné spojivové tkanivo.

Ďalšou hydroxylačnou reakciou je premena aminokyseliny fenylalanínu na tyrozín, ktorá je dôležitá pre eukaryotické organizmy, pretože vysoké koncentrácie fenylalanínu v bunke sú škodlivé. Tyrozín sa ďalej hydroxyluje na L-DOPA. L-DOPA je katecholamín a prekurzor dopamínu. Dôležité aminokyseliny sa nakoniec hydroxyláciou prevedú na neurotransmitery.

To isté platí pre hydroxyláciu aminokyseliny tryptofánu na 5-hydroxytryptofán. Táto zlúčenina zase predstavuje prekurzor serotonínu, ďalšieho neurotransmitera a tkanivového hormónu.

Nakoniec sa pohlavný hormón progesterón premieňa na kortikosteroidy prostredníctvom hydroxylácie, ktorá, ako hormóny, vykonáva v tele rôzne úlohy. Medzi ne patrí glukokortikoidný kortizol a mineralokortikoidný aldosterón. Tieto hormóny sa syntetizujú hydroxyláciou progesterónu a konverziou hydroxylových skupín na keto alebo aldehydové skupiny.

Celkovo sú hydroxylácie zodpovedné za vytváranie rôznych biologických činiteľov v organizme. Poruchy týchto reakcií môžu viesť k vážnym zdravotným problémom.

Choroby a choroby

Mnohé hydroxylácie predstavujú dôležité medzistupne v metabolizme Ak dôjde k narušeniu hydroxylácie, sú tiež inhibované nasledujúce reakčné kroky. V dôsledku týchto porúch sa môžu vyskytnúť závažné poškodenia zdravia. Napríklad inhibícia hydroxylázy prolínu a lyzínu v kolagéne spojivového tkaniva vedie k oslabeniu spojivového tkaniva. V niektorých prípadoch môže byť spojivové tkanivo pretiahnuté. Koža sa môže ochabnúť a vnútorné orgány už nie sú optimálne chránené spojivovým tkanivom.

Existuje veľa mutácií, ale v každom prípade sú veľmi zriedkavé, čo vedie k defektom v štruktúre enzýmov lyzínhydroxyláza alebo prolín hydroxyláza. Každý jednotlivý genetický defekt vykazuje odlišné príznaky. Všetky však majú spoločnú slabosť spojivového tkaniva. Ostatné príznaky sú rôzne.

Scurvy je získaná slabosť spojivového tkaniva Scurvy sa vyskytuje, keď je nedostatok vitamínu C. Vitamín C alebo kyselina askorbová podporuje vyššie uvedené dve hydroxylázy. Ak telo nedostáva vitamín C, môže lyzín a prolínhydroxyláza ťažko podporovať hydroxyláciu lyzínu a prolínu. Spojivové tkanivo, rovnako ako ostatné tkanivá v tele, podlieha procesom neustáleho hromadenia a rozkladu. Ak existuje nedostatok vitamínu C, vytvára sa slabé spojivové tkanivo, pretože hydroxylácia už nefunguje. Existuje mnoho vážnych príznakov s častými infekciami, vyčerpaním, zle sa hojiacimi ranami, kožnými problémami, poruchami svalov, krvácajúcimi ďasnami, vysokou horúčkou a oveľa viac. Tieto príznaky však zmiznú po podaní vitamínu C.

Ďalším ochorením súvisiacim s poruchami hydroxylácie je fenylketonúria, ktorá vo fenylketonúrii už nemôže byť dostatočne rozložená, pretože enzým fenylalanínhydroxyláza (PAH) buď chýba, alebo nefunguje správne. Fenylalanín je škodlivý vo vyšších koncentráciách. Mozog je narušený. Rast lebky sa tiež zastaví. Výsledkom je mentálne postihnutie. Diéta s nízkym obsahom fenylalanínu v detstve môže zabrániť nástupu choroby.

Ak tyrozín nemôže byť hydroxylovaný, pretože chýba tyrozínhydroxyláza (TYH), vyvíja sa veľmi zriedkavý syndróm Segawa. Neurotransmiter dopamín sa už nevyrába v dostatočnom množstve. Príznaky sú nestabilné chôdze a príznaky podobné Parkinsonovej chorobe.

Ak tryptofán už nemôže byť hydroxylovaný kvôli nedostatku enzýmu tryptofánhydroxylázy, vytvorí sa príliš málo serotonínu. Depresia je bežná. Nakoniec poruchy v hydroxylácii progesterónu môžu viesť k chorobám spojeným s hormónmi.