Υδροξυλάσες λυσυλίου

Υδροξυλάσες λυσυλίου αντιπροσωπεύουν μια ομάδα ενζύμων που είναι υπεύθυνα για την υδροξυλίωση των υπολειμμάτων λυσίνης εντός των πρωτεϊνών. Έτσι συμβάλλουν κυρίως στη δομή του συνδετικού ιστού. Οι διαταραχές στη λειτουργία των υδροξυλάσης λυσυλίου εκφράζονται σε ασθένειες όπως το σκορβούτο ή το κληρονομικό σύνδρομο Ehlers-Danlos.

Τι είναι οι υδροξυλάσες λυσυλίου;

Οι υδροξυλάσες λυσυλίου είναι ένζυμα των οποίων το καθήκον είναι να καταλύσει τη μετα-μεταφραστική τροποποίηση της αμινοξέος λυσίνης ενσωματώνοντας μια υδροξυλομάδα σε υδροξυλ λυσίνη. Αυτό ενισχύει τον συνδετικό ιστό επειδή οι πρωτεϊνικές αλυσίδες του έχουν την ευκαιρία να δικτυωθούν περαιτέρω μέσω των ομάδων υδροξυλίου.

Η ανθρώπινη υδροξυλάση λυσυλίου αποτελείται από 727 αμινοξέα. Οι υδροξυλάσες λυσυλίου ανήκουν επίσης στην ομάδα υδροξυλάσης, δηλαδή ένζυμα που γενικά καταλύουν την ενσωμάτωση υδροξυλομάδων σε μόρια. Εκτός από τις υδροξυλάσες λυσυλίου, οι υδροξυλάσες ή οξειδορεδουκτάσες περιλαμβάνουν επίσης υδροξυλάσες προλυλίου, υδροξυλάση φαινυλαλανίνης, υδροξυλάση τυροσίνης ή υδροξυλάση τρυπτοφάνης. Ειδικά μαζί με τις προλυλ υδροξυλάσες, οι λυσυλ υδροξυλάσες παίζουν σημαντικό ρόλο στη λειτουργία του συνδετικού ιστού. Και οι δύο ενζυματικές ομάδες απαιτούν τη συνένζυμη βιταμίνη C για τη λειτουργία τους.

Λειτουργία, εφέ & εργασίες

Η λειτουργία των υδροξυλάσεων λυσυλίου συνίσταται αποκλειστικά στην κατάλυση της ενσωμάτωσης υδροξυλομάδων σε υπολείμματα λυσίνης εντός μιας πρωτεΐνης. Κατά τη διάρκεια μιας μετα-μεταφραστικής τροποποίησης, το αμινοξύ υδροξυλαμίνη σχηματίζεται από λυσίνη.

Αν και η υδροξυλαμίνη είναι επίσης ελεύθερη, δεν μπορεί να ενσωματωθεί σε πρωτεΐνη σε αυτήν τη μορφή. Η μετα-μεταφραστική τροποποίηση συνεπώς σημαίνει την επακόλουθη μετατροπή αυτού του αμινοξέος μετά τη δημιουργία της πρωτεΐνης. Όταν ένα άτομο υδρογόνου ανταλλάσσεται με την ομάδα υδροξυλίου, μια λειτουργική ομάδα που μπορεί να εκτελεί λειτουργίες γεφύρωσης ενσωματώνεται στην πρωτεΐνη σε αυτό το σημείο. Με τη βοήθεια της υδροξυλομάδας, διαφορετικές πρωτεϊνικές αλυσίδες μπορούν να συνδεθούν μεταξύ τους. Επιπλέον, τα μόρια σακχάρου μπορούν να συνδεθούν με αυτή τη λειτουργική ομάδα. Και οι δύο αντιδράσεις είναι πολύ σημαντικές, μεταξύ άλλων, στην ανάπτυξη του συνδετικού ιστού.

Ο συνδετικός ιστός περικλείει τον οργανισμό και τα εσωτερικά όργανα. Πρέπει να είναι σταθερό και τεντωμένο για να μπορεί να κάνει διάκριση μεταξύ των λειτουργικά διαφορετικών οργάνων. Αυτό εξασφαλίζεται από τις πρωτεΐνες του συνδετικού ιστού, οι οποίες περιέχουν υψηλό ποσοστό αμινοξέων λυσίνη και προλίνη.Για το σκοπό αυτό, αμφότερα τα αμινοξέα στη συνέχεια τροποποιούνται εν μέρει μετά την ενσωμάτωσή τους στην πρωτεΐνη με προσθήκη υδροξυλομάδας. Όπως έχει ήδη αναφερθεί, με την προλίνη αυτή η αντίδραση καταλύεται από προλυλ υδροξυλάσες και με λυσίνη από λυσυλο υδροξυλάσες. Μετά τον σχηματισμό πρωτεΐνης, αυτές οι αντιδράσεις τροποποίησης δημιουργούν ένα δίκτυο πρωτεϊνικών αλυσίδων που αντιπροσωπεύουν σφιχτό συνδετικό ιστό.

Χωρίς τη λειτουργία και των δύο ενζύμων, η ανάπτυξη λειτουργικού συνδετικού ιστού δεν θα ήταν καθόλου δυνατή. Ωστόσο, και τα δύο ένζυμα λειτουργούν μόνο με τη βοήθεια του συνενζύμου ασκορβικού οξέος, δηλαδή της βιταμίνης C. Με δομικά τροποποιημένα ένζυμα μέσω μετάλλαξης ή έλλειψης βιταμίνης C, αυτό μπορεί να οδηγήσει σε διαταραχές στη δομή του συνδετικού ιστού και συνεπώς σε σοβαρές ασθένειες.

Εκπαίδευση, εμφάνιση, ιδιότητες και βέλτιστες τιμές

Το γονίδιο PLOD1 είναι υπεύθυνο για την κωδικοποίηση της ανθρώπινης υδροξυλάσης λυσυλίου. Το όνομα PLOD1 προέρχεται από το όνομα της υδροξυλάσης λυσυλίου "Prokollagen-Lysin, 2-Oxoglutarat-5-Dioxygenase 1". Αυτό το γονίδιο βρίσκεται στο χρωμόσωμα 1. Δεδομένου ότι παράγεται συνεχώς νέος συνδετικός ιστός, υπάρχει επίσης μόνιμη ανάγκη για παραγωγή υδροξυλάσης λυσυλίου. Μια μετάλλαξη αυτού του γονιδίου μπορεί επομένως να έχει πολύ σοβαρές συνέπειες για την υγεία του οργανισμού.

Ασθένειες & Διαταραχές

Οι διαταραχές στη λειτουργία των υδροξυλασών λυσυλίου παίζουν ιδιαίτερα σημαντικό ρόλο στο σκορβούτο και το σύνδρομο Ehlers-Danlos. Το σκορβούτο είναι γνωστό ως μια αρχαία ναυτική ασθένεια, η οποία προκαλείται από την έλλειψη βιταμίνης C. Η βιταμίνη C, επίσης γνωστή ως ασκορβικό οξύ, λειτουργεί ως συνένζυμο υδροξυλάσης λυσυλίου και υδροξυλάσης προλυλίου. Εάν λείπει, τα αμινοξέα λυσίνη και προλίνη στην πρωτεΐνη του συνδετικού ιστού δεν μπορούν πλέον να υδροξυλιωθούν.

Δεδομένου ότι υπάρχει συνεχής συσσώρευση και διάσπαση των πρωτεϊνών του συνδετικού ιστού, οι πρωτεΐνες αλυσίδες είναι όλο και λιγότερο ικανές να δικτυωθούν κατά τη διάρκεια της περιόδου έλλειψης βιταμινών. Ο συνδετικός ιστός καθίσταται χαλαρός και δεν μπορεί πλέον να εκπληρώσει σωστά τη λειτουργία του. Εμφανίζονται διάφορα συμπτώματα, όπως γενική εξάντληση, ευαισθησία σε λοίμωξη, αιμορραγικά ούλα, απώλεια δοντιών, κακή επούλωση τραυμάτων, σοβαρά δερματικά προβλήματα, απώλεια μυών και πολλές άλλες βλάβες στην υγεία. Το σκορβούτο μπορεί τελικά να οδηγήσει σε θάνατο από γενική καρδιακή ανεπάρκεια ή σοβαρές λοιμώξεις. Οι αρχαίοι ναυτικοί επηρεάστηκαν ιδιαίτερα επειδή δεν μπορούσαν να πάρουν αρκετή βιταμίνη C κατά τη διάρκεια των μεγάλων ταξιδιών στη θάλασσα.

Έχει αποδειχθεί ότι η ασθένεια θεραπεύεται αμέσως όταν χορηγούνται ορισμένα τρόφιμα όπως το λάχανο τουρσί. Αναγνωρίστηκε αργότερα ότι η αιτία της νόσου ήταν η έλλειψη βιταμίνης C. Το ξέσπασμα του σκορβούτου της νόσου του ναυτικού παρεμποδίστηκε αργότερα τροφοδοτώντας τους ναυτικούς με λάχανο τουρσί. Μια άλλη ασθένεια, η οποία μπορεί να αποδοθεί εν μέρει μόνο σε ένα ελάττωμα στην ανθρώπινη υδροξυλάση λυσυλίου, είναι το σύνδρομο Ehlers-Danlos. Το σύνδρομο Ehlers-Danlos είναι ένας συλλογικός όρος για διάφορες κληρονομικές ασθένειες του συνδετικού ιστού με διαφορετικές αιτίες. Αυτό το σύνδρομο χαρακτηρίζεται από σοβαρή αδυναμία του συνδετικού ιστού.

Το δέρμα είναι υπερβολικά τεντώσιμο και οι αρθρώσεις είναι υπερβολικές. Μια γενετικά τροποποιημένη υδροξυλάση λυσυλίου ενεργοποιεί το σύνδρομο Ehlers-Danlos τύπου VI. Ένα μεταλλαγμένο γονίδιο που ονομάζεται PLOD1, το οποίο βρίσκεται στο χρωμόσωμα 1, είναι υπεύθυνο για αυτό. Το ελαττωματικό ένζυμο που σχηματίζεται από αυτό δεν είναι πλέον πλήρως λειτουργικό και μπορεί μόνο να καταλύσει ανεπαρκώς αντιδράσεις υδροξυλίωσης στη λυσίνη. Ένας ασθενής συνδετικός ιστός αναπτύσσεται με τα γνωστά συμπτώματα καθώς και με την πρόσθετη εμπλοκή των ματιών και των εσωτερικών οργάνων. Το σύνδρομο τύπου VI Ehlers-Danlos μπορεί να κληρονομηθεί ως αυτοσωμικό υπολειπόμενο χαρακτηριστικό.