Hydroxylace

Hydroxylace jsou chemické reakce, ve kterých jsou hydroxylové skupiny zavedeny do molekuly. V rámci metabolismu enzymy katalyzují hydroxylaci. Odpovídající enzymy se nazývají hydroxylázy.

Co je hydroxylace?

Hydroxylace jsou v chemii a biochemii velmi běžné. Hydroxylace obecně znamená zavedení jedné nebo více hydroxylových skupin do molekuly. Hydroxylová skupina sestává z jednoho vodíku a jednoho atomu kyslíku. Katalytická oxidace metanu mimo jiné produkuje alkohol metanol. Katalytickým přídavkem molekuly vody k etenu se získá ethanol.

V biochemických procesech je přidání hydroxylové skupiny katalyticky podporováno tzv. Hydroxylázy. Například pomocí hydroxyláz mohou být určité aminokyseliny přeměněny na důležité aktivní složky v organismu. Například fenylalanin je přeměněn na tyrosin a tyrosin na DOPA prostřednictvím hydroxylace. Odpovídajícími enzymy jsou fenylalaninhydroxyláza a tyrosin hydroxyláza. Tryptofan se přeměňuje na 5-hydroxytryptofan pomocí tryptofanhydroxylázy.

V pojivové tkáni jsou aminokyseliny prolin a lysin přeměněny na hydroxyprolin a hydroxylysin hydroxylací. Hydroxylované aminokyseliny zde zajišťují silné zesítění kolagenu a tím i sílu pojivové tkáně.

Další důležitou hydroxylační reakcí je přeměna progesteronu na kortikosteroidy.

Funkce a úkol

Hydroxylace jsou velmi důležité biochemické reakce. Síla pojivové tkáně závisí na hydroxylačních reakcích. Aminokyseliny prolin a lysin jsou přítomny ve vysokých koncentracích v kolagenu pojivové tkáně. Obě sloučeniny mohou být snadno poskytnuty s další hydroxylovou skupinou za použití hydroxylas. Hydroxylace probíhá uvnitř proteinu. Hydroxyprolin je tvořen z prolinu a hydroxylysinu z lysinu. Enzymy prolinhydroxyláza a lysin hydroxyláza jsou za to zodpovědné za pomoci kyseliny askorbové (vitamin C). Hydroxylové skupiny tvoří body připojení cukerných zbytků nebo zajišťují spojení jednotlivých proteinových molekul. Výsledkem této sítě je silná a flexibilní pojivová tkáň.

Další hydroxylační reakcí je přeměna aminokyseliny fenylalaninu na tyrosin Tato reakce je důležitá pro eukaryotické organismy, protože vysoké koncentrace fenylalaninu v buňce jsou škodlivé. Tyrosin je dále hydroxylován na L-DOPA. L-DOPA je katecholamin a prekurzor dopaminu. Důležité aminokyseliny jsou nakonec přeměněny na neurotransmitery prostřednictvím hydroxylace.

Totéž platí pro hydroxylaci aminokyseliny tryptofanu na 5-hydroxytryptofan. Tato sloučenina zase představuje prekurzor serotoninu, dalšího neurotransmiteru a tkáňového hormonu.

Nakonec se pohlavní hormon progesteron přeměňuje na kortikosteroidy prostřednictvím hydroxylace, která jako hormony plní v těle řadu úkolů. Patří mezi ně glukokortikoidní kortizol a mineralokortikoidní aldosteron. Tyto hormony jsou syntetizovány hydroxylací progesteronu a přeměnou hydroxylových skupin na keto nebo aldehydové skupiny.

Celkově jsou hydroxylace zodpovědné za vytváření různých biologických látek v organismu. Poruchy těchto reakcí mohou vést k vážným zdravotním problémům.

Nemoci a nemoci

Mnoho hydroxylací představuje důležité mezistupně v metabolismu, a pokud dojde k poruchám v hydroxylaci, jsou také inhibovány následující reakční kroky. V důsledku těchto poruch může dojít k významnému poškození zdraví. Například inhibice hydroxylysy prolinu a lysinu v kolagenu pojivové tkáně vede k oslabení pojivové tkáně. V některých případech může být pojivová tkáň přetažena. Kůže může klesnout a vnitřní orgány již nejsou optimálně chráněny pojivovou tkání.

Existuje mnoho mutací, byť velmi vzácných, které vedou k defektům ve struktuře enzymů lysinhydroxylázy nebo prolinové hydroxylázy. Každý jednotlivý genetický defekt vykazuje odlišné příznaky. Všichni však mají společnou slabost pojivové tkáně. Ostatní příznaky jsou různé.

Scurvy je získaná slabost pojivové tkáně Scurvy se objevuje, když je nedostatek vitamínu C. Vitamin C nebo kyselina askorbová podporuje výše uvedené dvě hydroxylázy. Pokud tělo není zásobeno vitamínem C, může lysin a prolinová hydroxyláza stěží podporovat hydroxylaci lysinu a prolinu. Pojivová tkáň, stejně jako ostatní tkáně v těle, podléhá neustálým procesům hromadění a rozkladu. Při dlouhodobém nedostatku vitaminu C se vytvoří slabá pojivová tkáň, protože hydroxylace již nefunguje. Existuje mnoho závažných příznaků s častými infekcemi, vyčerpáním, špatně se hojícími ranami, kožními problémy, rozpadem svalů, krvácejícími dásněmi, vysokou horečkou a mnohem více. Tyto příznaky však zmizí po podání vitamínu C.

Dalším onemocněním spojeným s hydroxylačními poruchami je fenylketonurie: Ve fenylketonurii již nelze dostatečně rozložit aminokyselinu fenylalanin, protože enzym fenylalaninhydroxyláza (PAH) buď chybí nebo nefunguje správně. Fenylalanin je škodlivý ve vyšších koncentracích. Existuje porucha vývoje mozku. Rovněž se zastaví růst lebky. Výsledkem je mentální postižení. Nízká fenylalaninová strava v dětství může zabránit vzniku onemocnění.

Pokud tyrosin nelze hydroxylovat, protože mu chybí tyrosinhydroxyláza (TYH), vyvíjí se velmi vzácný syndrom Segawa. Neurotransmiter dopamin se již nevyrábí v dostatečném množství. Příznaky jsou nestabilní chůze a symptomy podobné Parkinsonově chorobě.

Pokud tryptofan již nemůže být hydroxylován kvůli nedostatku enzymu tryptofanhydroxylázy, vytvoří se příliš málo serotoninu. Deprese je běžná. Nakonec poruchy v hydroxylaci progesteronu mohou vést k hormonálním onemocněním.