Hidroksilinimas

Hidroksilinimas yra cheminės reakcijos, kurių metu į molekulę įvedamos hidroksilo grupės. Kaip metabolizmo dalis fermentai katalizuoja hidroksilinimą. Atitinkami fermentai yra vadinami hidroksilazėmis.

Kas yra hidroksilinimas?

Hidroksilinimas yra labai paplitęs chemijoje ir biochemijoje. Paprastai hidroksilinimas reiškia vienos ar daugiau hidroksilo grupių įvedimą į molekulę. Hidroksilo grupę sudaro vienas vandenilio ir vienas deguonies atomas. Be katalizinio metano oksidacijos, gaunamas alkoholio metanolis. Katalitiškai pridedant vandens molekulę prie etileno, gaunamas etanolis.

Biocheminiuose procesuose hidroksilo grupės pridėjimas kataliziškai palaikomas vadinamosiomis hidroksilazėmis. Pavyzdžiui, pasitelkus hidroksilazes, tam tikros aminorūgštys gali būti paverstos svarbiais aktyviaisiais organizmo ingredientais. Pvz., Fenilalaninas hidroksilinant paverčiamas tirozinu, o tirozinas virsta DOPA. Atitinkami fermentai yra fenilalanino hidroksilazė ir tirozino hidroksilazė. Triptofanas yra paverčiamas 5-hidroksitriptofanu, naudojant triptofano hidroksilazę.

Jungiamajame audinyje aminolinės rūgštys prolinas ir lizinas hidroksilinant yra paverčiamos hidroksiprolinu ir hidroksilizinu. Ten esančios hidroksilintos aminorūgštys užtikrina stiprų kolageno kryžminimą, taigi ir jungiamojo audinio stiprumą.

Kita svarbi hidroksilinimo reakcija yra progesterono pavertimas kortikosteroidais.

Funkcija ir užduotis

Hidroksilinimas yra labai svarbios biocheminės reakcijos. Jungiamojo audinio stiprumas priklauso nuo hidroksilinimo reakcijų. Aminorūgštys prolinas ir lizinas jungiamojo audinio kolagene yra didelėse koncentracijose. Abu junginiai gali būti lengvai aprūpinti papildoma hidroksilo grupe, naudojant hidroksilazes. Hidroksilinimas vyksta baltymų viduje. Hidroksiprolinas susidaro iš prolino, o hidroksilizinas - iš lizino. Fermentai prolino hidroksilazė ir lizino hidroksilazė yra atsakingi už tai askorbo rūgšties (vitamino C) pagalba. Hidroksilo grupės sudaro cukraus likučių prijungimo taškus arba jos užtikrina, kad atskiros baltymų molekulės yra sujungtos. Šis tinklas sukuria stiprų ir lankstų jungiamąjį audinį.

Kita hidroksilinimo reakcija yra aminorūgšties fenilalanino pavertimas tirozinu.Ši reakcija yra svarbi eukariotiniams organizmams, nes didelė fenilalanino koncentracija ląstelėje yra kenksminga. Tirozinas toliau hidroksilinamas iki L-DOPA. L-DOPA yra katecholaminas ir dopamino pirmtakas. Svarbios aminorūgštys galutinai virsta neurotransmiteriais hidroksilinant.

Tas pats pasakytina apie aminorūgšties triptofano hidroksilinimą iki 5-hidroksitriptofano. Šis junginys savo ruožtu yra serotonino, kito neurotransmiterio ir audinių hormono pirmtakas.

Galiausiai lytinis hormonas progesteronas hidroksilinimo būdu paverčiamas kortikosteroidais, kurie, kaip hormonai, organizme atlieka įvairias užduotis. Tai apima gliukokortikoidinį kortizolį ir mineralokortikoidą aldosteroną. Šie hormonai yra sintetinami progesterono hidroksilinimo ir hidroksilo grupių pavertimo keto arba aldehido grupėmis metu.

Apskritai hidroksilinimas yra atsakingas už skirtingų biologinių veiksnių kaupimąsi organizme. Šių reakcijų sutrikimai gali sukelti rimtų sveikatos problemų.

Ligos ir negalavimai

Daugelis hidroksilinimo yra svarbūs tarpiniai metabolizmo etapai. Jei atsiranda hidroksilinimo sutrikimų, vėlesni reakcijos etapai taip pat yra slopinami. Dėl tokių sutrikimų gali atsirasti reikšmingų sveikatos sutrikimų. Pavyzdžiui, prolino ir lizino hidroksilizės slopinimas jungiamojo audinio kolagene sukelia jungiamojo audinio silpnumą. Kai kuriais atvejais jungiamasis audinys gali būti per didelis. Oda gali sustingti, o vidaus organai jungiamojo audinio nebeįmanoma optimaliai apsaugoti.

Yra daug mutacijų, nors ir labai retų, kurios sukelia fermentų lizino hidroksilazės arba prolino hidroksilazės struktūros pažeidimus. Kiekvienas genetinis defektas turi skirtingus simptomus. Vis dėlto jie visi turi jungiamojo audinio silpnumą. Kiti simptomai yra įvairūs.

Gurkšnis yra įgytas jungiamojo audinio silpnumas. Gurkšnis atsiranda, kai trūksta vitamino C. Vitaminas C arba askorbo rūgštis palaiko dvi aukščiau paminėtas hidroksilazes. Jei kūnas nėra aprūpinamas vitaminu C, lizino ir prolino hidroksilazė vargiai palaiko lizino ir prolino hidroksilinimą. Jungiamasis audinys, kaip ir kiti kūno audiniai, yra nuolat kaupiamas ir suskaidomas. Jei vitamino C trūksta ilgesnį laiką, susidaro silpnas jungiamasis audinys, nes hidroksilinimas nebeveikia. Yra daug rimtų simptomų, turinčių dažnas infekcijas, išsekimą, silpnai gyjančias žaizdas, odos problemas, raumenų suirimą, dantenų kraujavimą, aukštą karščiavimą ir daug daugiau. Tačiau vartojant vitamino C šie simptomai išnyksta.

Kita liga, susijusi su hidroksilinimo sutrikimais, yra fenilketonurija. Fenilketonurijos metu aminorūgšties fenilalanino nebegalima pakankamai suskaidyti, nes fermento fenilalanino hidroksilazės (PAH) nėra arba ji veikia netinkamai. Fenilalaninas yra kenksmingas esant didesnei koncentracijai. Yra smegenų vystymosi sutrikimas. Kaukolės augimas taip pat sustabdytas. Rezultatas - intelekto negalia. Maža fenilalanino dieta vaikystėje gali užkirsti kelią ligos atsiradimui.

Jei tirozino negalima hidroksilinti, nes trūksta tirozino hidroksilazės (TYH), išsivysto labai retas Segavos sindromas. Neuromediatorius dopaminas nebegaminamas pakankamais kiekiais. Simptomai yra nepastovi eisena ir į Parkinsoną panašūs simptomai.

Jei triptofano nebeįmanoma hidroksilinti dėl fermento triptofano hidroksilazės trūkumo, susidaro per mažai serotonino. Depresija yra dažna. Galiausiai, progesterono hidroksilinimo sutrikimai gali sukelti su hormonu susijusias ligas.