Υδροξυλίωση

Υδροξυλιώσεις είναι χημικές αντιδράσεις στις οποίες υδροξυλομάδες εισάγονται σε ένα μόριο. Ως μέρος του μεταβολισμού, τα ένζυμα καταλύουν την υδροξυλίωση. Τα αντίστοιχα ένζυμα ονομάζονται υδροξυλάσες.

Τι είναι η υδροξυλίωση;

Οι υδροξυλιώσεις είναι πολύ συχνές στη χημεία και τη βιοχημεία. Γενικά, η υδροξυλίωση σημαίνει την εισαγωγή μιας ή περισσότερων υδροξυλομάδων σε ένα μόριο. Η ομάδα υδροξυλίου αποτελείται από ένα άτομο υδρογόνου και ένα άτομο οξυγόνου. Μεταξύ άλλων, η καταλυτική οξείδωση του μεθανίου παράγει την αλκοόλη μεθανόλη. Η καταλυτική προσθήκη ενός μορίου νερού στο αιθένιο παράγει αιθανόλη.

Στις βιοχημικές διεργασίες, η προσθήκη μιας υδροξυλομάδας υποστηρίζεται καταλυτικά από τις λεγόμενες υδροξυλάσες. Με τη βοήθεια υδροξυλάσης, για παράδειγμα, ορισμένα αμινοξέα μπορούν να μετατραπούν σε σημαντικά δραστικά συστατικά του οργανισμού. Για παράδειγμα, η φαινυλαλανίνη μετατρέπεται σε τυροσίνη και τυροσίνη σε DOPA μέσω υδροξυλίωσης. Τα αντίστοιχα ένζυμα είναι υδροξυλάση φαινυλαλανίνης και υδροξυλάση τυροσίνης. Η τρυπτοφάνη μετατρέπεται σε 5-υδροξυτρυπτοφάνη με τη βοήθεια της υδροξυλάσης τρυπτοφάνης.

Στον συνδετικό ιστό, τα αμινοξέα προλίνη και λυσίνη μετατρέπονται σε υδροξυπρολίνη και υδροξυλυσίνη με υδροξυλίωση. Τα υδροξυλιωμένα αμινοξέα εκεί εξασφαλίζουν την ισχυρή διασύνδεση του κολλαγόνου και έτσι επίσης την αντοχή του συνδετικού ιστού.

Μια άλλη σημαντική αντίδραση υδροξυλίωσης είναι η μετατροπή της προγεστερόνης σε κορτικοστεροειδή.

Λειτουργία & εργασία

Οι υδροξυλιώσεις είναι πολύ σημαντικές βιοχημικές αντιδράσεις. Η ισχύς του συνδετικού ιστού εξαρτάται από τις αντιδράσεις υδροξυλίωσης. Τα αμινοξέα προλίνη και λυσίνη υπάρχουν σε υψηλές συγκεντρώσεις στο κολλαγόνο του συνδετικού ιστού. Και οι δύο ενώσεις μπορούν εύκολα να παρέχονται με μια επιπλέον υδροξυλομάδα χρησιμοποιώντας υδροξυλάσες. Η υδροξυλίωση λαμβάνει χώρα εντός της πρωτεΐνης. Η υδροξυπρολίνη σχηματίζεται από προλίνη και υδροξυλυσίνη από λυσίνη. Τα ένζυμα υδροξυλάση προλίνης και υδροξυλάση λυσίνης είναι υπεύθυνα για αυτό με τη βοήθεια του ασκορβικού οξέος (βιταμίνη C). Οι ομάδες υδροξυλίου σχηματίζουν σημεία προσκόλλησης για υπολείμματα σακχάρου ή εξασφαλίζουν ότι τα μεμονωμένα μόρια πρωτεΐνης είναι συνδεδεμένα. Αυτή η δικτύωση οδηγεί σε έναν ισχυρό και ευέλικτο συνδετικό ιστό.

Μια άλλη αντίδραση υδροξυλίωσης είναι η μετατροπή του αμινοξέος φαινυλαλανίνης σε τυροσίνη. Αυτή η αντίδραση είναι σημαντική για τους ευκαρυωτικούς οργανισμούς, καθώς οι υψηλές συγκεντρώσεις φαινυλαλανίνης στο κύτταρο είναι επιβλαβείς. Η τυροσίνη υδροξυλιώνεται περαιτέρω στο L-DOPA. Το L-DOPA είναι μια κατεχολαμίνη και ο πρόδρομος της ντοπαμίνης. Τα σημαντικά αμινοξέα μετατρέπονται τελικά σε νευροδιαβιβαστές μέσω υδροξυλίωσης.

Το ίδιο ισχύει και για την υδροξυλίωση του αμινοξέος τρυπτοφάνης σε 5-υδροξυτρυπτοφάνη. Αυτή η ένωση με τη σειρά της αντιπροσωπεύει έναν πρόδρομο της σεροτονίνης, ενός άλλου νευροδιαβιβαστή και ορμόνης ιστού.

Τέλος, η προγεστερόνη της σεξουαλικής ορμόνης μετατρέπεται σε κορτικοστεροειδή μέσω υδροξυλίωσης, η οποία, ως ορμόνες, εκτελεί μια ποικιλία εργασιών στο σώμα. Σε αυτά περιλαμβάνονται η γλυκοκορτικοειδής κορτιζόλη και η αλκοστερόνη ορυκτοκορτικοειδών. Αυτές οι ορμόνες συντίθενται μέσω της υδροξυλίωσης της προγεστερόνης και της μετατροπής των ομάδων υδροξυλίου σε ομάδες κετο ή αλδεϋδης.

Συνολικά, η υδροξυλίωση είναι υπεύθυνη για τη συσσώρευση διαφορετικών βιολογικών παραγόντων στον οργανισμό. Οι διαταραχές σε αυτές τις αντιδράσεις μπορούν να οδηγήσουν σε σοβαρά προβλήματα υγείας.

Ασθένειες και παθήσεις

Πολλές υδροξυλιώσεις αντιπροσωπεύουν σημαντικά ενδιάμεσα στάδια στον μεταβολισμό.Αν συμβούν διαταραχές στην υδροξυλίωση, αναστέλλονται επίσης τα επόμενα στάδια αντίδρασης. Ως αποτέλεσμα τέτοιων διαταραχών, μπορεί να προκύψουν σημαντικές διαταραχές στην υγεία. Για παράδειγμα, μια αναστολή της υδροξυλύσεως της προλίνης και της λυσίνης στο κολλαγόνο του συνδετικού ιστού οδηγεί σε αδυναμία του συνδετικού ιστού. Σε ορισμένες περιπτώσεις, ο συνδετικός ιστός μπορεί να είναι υπερβολικός. Το δέρμα μπορεί να χαλάσει και τα εσωτερικά όργανα δεν προστατεύονται πλέον βέλτιστα από τον συνδετικό ιστό.

Υπάρχουν πολλές μεταλλάξεις, αλλά πολύ σπάνιες σε κάθε περίπτωση, οι οποίες οδηγούν σε ελαττώματα στη δομή των ενζύμων υδροξυλάση λυσίνης ή υδροξυλάση προλίνης. Κάθε γενετικό ελάττωμα εμφανίζει διαφορετικά συμπτώματα. Αυτό που έχουν όλοι κοινό, ωστόσο, είναι η αδυναμία του συνδετικού ιστού. Τα άλλα συμπτώματα ποικίλλουν.

Το σκορβούτο είναι μια επίκτητη αδυναμία του συνδετικού ιστού. Το σκορβούτο συμβαίνει όταν υπάρχει έλλειψη βιταμίνης C. Η βιταμίνη C ή το ασκορβικό οξύ υποστηρίζει τις δύο υδροξυλάσες που αναφέρονται παραπάνω. Εάν το σώμα δεν διαθέτει βιταμίνη C, η υδροξυλάση της λυσίνης και της προλίνης δύσκολα μπορεί να υποστηρίξει την υδροξυλίωση της λυσίνης και της προλίνης. Ο συνδετικός ιστός, όπως και οι άλλοι ιστοί του σώματος, υπόκειται σε συνεχείς διαδικασίες συσσώρευσης και διάσπασης. Εάν η βιταμίνη C λείπει για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα, δημιουργείται ασθενής συνδετικός ιστός επειδή η υδροξυλίωση δεν λειτουργεί πλέον. Υπάρχουν πολλά σοβαρά συμπτώματα με συχνές λοιμώξεις, εξάντληση, πληγές με κακή επούλωση, δερματικά προβλήματα, μυϊκή καταστροφή, αιμορραγικά ούλα, υψηλό πυρετό και πολλά άλλα. Ωστόσο, αυτά τα συμπτώματα εξαφανίζονται μετά τη χορήγηση βιταμίνης C.

Μια άλλη ασθένεια που σχετίζεται με διαταραχές της υδροξυλίωσης είναι η φαινυλκετονουρία. Στην φαινυλκετονουρία, το αμινοξύ φαινυλαλανίνη δεν μπορεί πλέον να διασπάται επαρκώς επειδή το ένζυμο υδροξυλάση φαινυλαλανίνης (ΠΑΥ) είτε απουσιάζει είτε δυσλειτουργεί. Η φαινυλαλανίνη είναι επιβλαβής σε υψηλότερες συγκεντρώσεις. Η ανάπτυξη του εγκεφάλου είναι μειωμένη. Η ανάπτυξη του κρανίου σταματά επίσης. Το αποτέλεσμα είναι μια διανοητική αναπηρία. Μια δίαιτα χαμηλής φαινυλαλανίνης στην παιδική ηλικία μπορεί να αποτρέψει την εμφάνιση της νόσου.

Εάν η τυροσίνη δεν μπορεί να υδροξυλιωθεί επειδή δεν διαθέτει υδροξυλάση τυροσίνης (TYH), αναπτύσσεται το πολύ σπάνιο σύνδρομο Segawa. Η νευροδιαβιβαστή ντοπαμίνη δεν παράγεται πλέον σε επαρκείς ποσότητες. Σταθερό βάδισμα και συμπτώματα που μοιάζουν με Πάρκινσον εμφανίζονται ως συμπτώματα.

Εάν η τρυπτοφάνη δεν μπορεί πλέον να υδροξυλιωθεί λόγω της έλλειψης του ενζύμου υδροξυλάσης τρυπτοφάνης, σχηματίζεται πολύ λίγη σεροτονίνη. Η κατάθλιψη είναι συχνή. Τέλος, οι διαταραχές στην υδροξυλίωση της προγεστερόνης μπορούν να οδηγήσουν σε ασθένειες που σχετίζονται με ορμόνες.