Hidroksilacija

Hidroksilacije so kemijske reakcije, pri katerih hidroksilne skupine vnesemo v molekulo. Kot del metabolizma encimi katalizirajo hidroksilacijo. Ustrezni encimi se imenujejo hidroksilaze.

Kaj je hidroksilacija?

Hidroksilacije so v kemiji in biokemiji zelo pogoste. Na splošno hidroksilacija pomeni vnos ene ali več hidroksilnih skupin v molekulo. Hidroksilna skupina je sestavljena iz enega vodikovega in enega kisikovega atoma. Na primer, katalitična oksidacija metana povzroči alkohol metanol. Katalitično dodajanje molekule vode etenu ustvarja etanol.

V biokemijskih procesih dodajanje hidroksilne skupine katalitično podpirajo tako imenovane hidroksilaze. S pomočjo hidroksilaz lahko na primer nekatere aminokisline pretvorimo v pomembne aktivne snovi v organizmu. Na primer, fenilalanin se s hidroksilacijo pretvori v tirozin, tirozin pa v hidroksilacijo. Ustrezna encima sta fenilalanin hidroksilaza in tirozin hidroksilaza. Triptofan se s pomočjo triptofan hidroksilaze pretvori v 5-hidroksitriptofan.

V vezivnem tkivu se aminokislini prolin in lizin pretvorita v hidroksiprolin in hidroksilizin s hidroksilacijo. Tam hidroksilirane aminokisline zagotavljajo močno navzkrižno povezavo kolagena in s tem tudi trdnost vezivnega tkiva.

Druga pomembna reakcija hidroksilacije je pretvorba progesterona v kortikosteroide.

Funkcija in naloga

Hidroksilacije so zelo pomembne biokemične reakcije. Moč vezivnega tkiva je odvisna od reakcij hidroksilacije. Aminokislini prolin in lizin sta v kolagenu vezivnega tkiva v visoki koncentraciji. Obe spojini lahko enostavno dobimo dodatno hidroksilno skupino z uporabo hidroksilaz. Hidroksilacija poteka znotraj proteina. Hidroksiprolin nastane iz prolina, hidroksilizin iz lizina. Za to sta zaslužna encima prolin hidroksilaza in lizin hidroksilaza s pomočjo askorbinske kisline (vitamin C). Hidroksilne skupine tvorijo pritrdilne točke za ostanke sladkorja ali zagotavljajo, da so posamezne molekule beljakovin povezane. To povezovanje povzroči močno in prožno vezivno tkivo.

Druga reakcija hidroksilacije je pretvorba aminokisline fenilalanin v tirozin, ki je pomembna za evkariontske organizme, saj so visoke koncentracije fenilalanina v celici škodljive. Tirozin se nadalje hidroksilira v L-DOPA. L-DOPA je kateholamin in predhodnik dopamina. Pomembne aminokisline se s hidroksilacijo končno pretvorijo v nevrotransmiterje.

Enako velja za hidroksilacijo aminokisline triptofan v 5-hidroksitriptofan. Ta spojina predstavlja predhodnik serotonina, drugega nevrotransmiterja in tkivnih hormonov.

Končno se spolni hormon progesteron s hidroksilacijo pretvori v kortikosteroide, ki kot hormoni v telesu opravljajo različne naloge. Sem spadajo glukokortikoidni kortizol in mineralokortikoidni aldosteron. Ti hormoni se sintetizirajo s hidroksilacijo progesterona in pretvorbo hidroksilnih skupin v keto ali aldehidne skupine.

Na splošno so hidroksilacije odgovorne za kopičenje različnih bioloških povzročiteljev v organizmu. Motnje v teh reakcijah lahko vodijo do resnih zdravstvenih težav.

Bolezni in bolezni

Številne hidroksilacije predstavljajo pomembne vmesne korake metabolizma, če se pri hidroksilaciji pojavijo motnje, se zavirajo tudi nadaljnji reakcijski koraki. Zaradi takšnih motenj lahko pride do pomembnih zdravstvenih okvar. Na primer, inhibicija hidrokslize prolina in lizina v kolagenu vezivnega tkiva vodi v šibkost vezivnega tkiva. V nekaterih primerih se vezivno tkivo lahko pretegne. Koža se lahko poveseli, notranji organi pa večno tkivo niso več optimalno zaščiteni.

Mutacij je veliko, vendar v vsakem primeru zelo redke, ki vodijo do okvare v strukturi encimov lizin hidroksilaze ali prolin hidroksilaze. Vsaka posamezna genetska napaka kaže različne simptome. Vse, kar ima skupno, pa je šibkost vezivnega tkiva. Drugi simptomi so raznoliki.

Skrv je pridobljena šibkost vezivnega tkiva, ki nastane, ko primanjkuje vitamina C. Vitamin C ali askorbinska kislina podpirata zgoraj omenjeni hidroksilazi. Če telo ni preskrbljeno z vitaminom C, lizin in prolin hidroksilaza težko podpreta hidroksilacijo lizina in prolina. Vezno tkivo, tako kot ostala tkiva v telesu, je podvrženo nenehnim procesom kopičenja in razpada. Če dolgotrajno primanjkuje vitamina C, nastane šibko vezivno tkivo, ker hidroksilacija ne deluje več. Obstaja veliko resnih simptomov s pogostimi okužbami, izčrpanostjo, slabo celjenjem ran, kožnimi težavami, razpadom mišic, krvavitvijo dlesni, visoko vročino in še veliko več. Vendar ti simptomi po dajanju vitamina C izginejo.

Druga bolezen v povezavi z motnjami hidroksilacije je fenilketonurija. Pri fenilketonuriji aminokisline fenilalanin ni več mogoče razgraditi, ker encim fenilalanin hidroksilaza (PAH) manjka ali ne deluje pravilno. Fenilalanin je škodljiv v višjih koncentracijah. Moten je razvoj možganov. Prav tako se ustavi rast lobanje. Rezultat tega je intelektualna invalidnost. Dieta z malo fenilalanina v otroštvu lahko prepreči nastanek bolezni.

Če tirozina ni mogoče hidroksilirati, ker mu primanjkuje tirozin hidroksilaze (TYH), se razvije zelo redek Segava sindrom. Nevrotransmiter dopamin se ne proizvaja več v zadostnih količinah. Simptomi so nestabilna hoja in Parkinsonovi podobni simptomi.

Če triptofana zaradi pomanjkanja encima triptofan hidroksilaze ni več mogoče hidroksilirati, se tvori premalo serotonina. Depresija je pogosta. Nazadnje lahko motnje hidroksilacije progesterona privedejo do hormonsko povezanih bolezni.