Хидроксилација

Хидроксилације су хемијске реакције у којима се хидроксилне групе уводе у молекул. Као део метаболизма, ензими катализирају хидроксилацију. Одговарајући ензими називају се хидроксилазе.

Шта је хидроксилација?

Хидроксилације су веома честе у хемији и биохемији. Генерално, хидроксилација значи увођење једне или више хидроксилних група у молекул. Хидроксилна група састоји се од једног атома водоника и једног кисеоника. Између осталог, каталитичком оксидацијом метана настаје алкохол метанол. Каталитичким додавањем молекула воде етену настаје етанол.

У биохемијским процесима, додавање хидроксилне групе каталитички је подржано такозваним хидроксилазама. На пример, помоћу хидроксилаза, одређене аминокиселине могу се претворити у важне активне састојке у организму. На пример, фенилаланин се претвара у тирозин, а тирозин у ДОПА хидроксилацијом. Одговарајући ензими су фенилаланин хидроксилаза и тирозин хидроксилаза. Триптофан се претвара у 5-хидрокситриптофан уз помоћ триптофан хидроксилазе.

У везивном ткиву аминокиселине пролин и лизин претварају се у хидроксипролин и хидроксилизин хидроксилацијом. Хидроксилиране аминокиселине тамо обезбеђују снажно умрежавање колагена, а самим тим и снагу везивног ткива.

Друга важна реакција хидроксилације је конверзија прогестерона у кортикостероиде.

Функција и задатак

Хидроксилације су веома важне биохемијске реакције. Снага везивног ткива зависи од реакција хидроксилације. Аминокиселине пролин и лизин присутне су у високим концентрацијама у колагену везивног ткива. Оба једињења се лако могу добити додатном хидроксилном групом користећи хидроксилазе. Хидроксилација се одвија унутар протеина. Хидроксипролин се формира из пролина, а хидроксилизин из лизина. За то су одговорни ензими пролин хидроксилаза и лизин хидроксилаза уз помоћ аскорбинске киселине (витамин Ц). Хидроксилне групе формирају тачке везивања за остатке шећера или осигуравају да су појединачни протеински молекули повезани. Ово умрежавање резултира снажним и флексибилним везивним ткивом.

Друга реакција хидроксилације је претварање фенилаланина аминокиселине у тирозин, која је важна за еукариотске организме, јер су високе концентрације фенилаланина у ћелији штетне. Тирозин се надаље хидроксилира у Л-ДОПА. Л-ДОПА је катехоламин и прекурсор допамина. Важне аминокиселине се на крају претварају у неуротрансмитере хидроксилацијом.

Исто се односи и на хидроксилацију аминокиселине триптофан у 5-хидрокситриптофан. Ово једињење заузврат представља прекурсор серотонина, другог неуротрансмитера и хормона ткива.

Коначно, сексуални хормон прогестерон се хидроксилацијом претвара у кортикостероиде који као хормони обављају различите задатке у телу. Они укључују глукокортикоидни кортизол и минералокортикоидни алдостерон. Ови хормони се синтетишу хидроксилацијом прогестерона и конверзијом хидроксилних група у кето или алдехидне групе.

Генерално, хидроксилације су одговорне за стварање различитих биолошких узрочника у организму. Поремећаји ових реакција могу довести до озбиљних здравствених проблема.

Болести и тегобе

Многе хидроксилације представљају важне интермедијарне кораке у метаболизму. Ако се појаве поремећаји у хидроксилацији, следећи кораци реакције се такође инхибирају. Као резултат таквих поремећаја могу се појавити значајна оштећења здравља. На пример, инхибиција хидрокслизе пролина и лизина у колагену везивног ткива доводи до слабости везивног ткива. У неким случајевима везивно ткиво може бити претегнуто. Кожа се може осипати, а унутрашњи органи више нису оптимално заштићени везивним ткивом.

Много је мутација, али свака врло ретка, која доводи до оштећења у структури ензима лизин хидроксилаза или пролин хидроксилаза. Свака генетска оштећења показују различите симптоме. Оно што заједничко је свима је слабост везивног ткива. Остали симптоми су разноврсни.

Шкрумс је стечена слабост везивног ткива, а настаје када постоји недостатак витамина Ц. Витамин Ц или аскорбинска киселина подржавају горе поменуте две хидроксилазе. Ако се тело не снабдева витамином Ц, лизин и пролин хидроксилаза тешко могу да подрже хидроксилацију лизина и пролина. Везивно ткиво, као и остала ткива у телу, подложно је сталним процесима накупљања и распада. Ако витамин Ц недостаје дуже време, ствара се слабо везивно ткиво јер хидроксилација више не делује. Постоје бројни озбиљни симптоми са честим инфекцијама, исцрпљеношћу, слабо зацељујућим ранама, кожним проблемима, распадом мишића, крварењем десни, високом температуром и још много тога. Међутим, ови симптоми нестају након узимања витамина Ц.

Друга болест повезана са поремећајем хидроксилације је фенилкетонурија. Код фенилкетонурије, аминокиселина фенилаланин се више не може разградити јер ензим фенилаланин хидроксилаза (ПАХ) недостаје или не функционише. Фенилаланин је штетан у већим концентрацијама. Оштећен је развој мозга. Заустављен је и раст лобање. Резултат тога је интелектуални инвалидитет. Дијета са мало фенилаланина у детињству може спречити почетак болести.

Ако тирозин не може бити хидроксилиран јер му недостаје тирозин хидроксилаза (ТИХ), развија се веома ретки Сегава синдром. Неуротрансмитер допамин се више не производи у довољним количинама. Симптоми су нестабилни ход и Паркинсонови симптоми.

Ако триптофан више не може бити хидроксилиран због недостатка ензима триптофан хидроксилазе, ствара се премало серотонина. Депресија је честа. Коначно, поремећаји у хидроксилацији прогестерона могу довести до болести повезаних са хормонима.