hydroxylering

hydroxylering är kemiska reaktioner där hydroxylgrupper införs i en molekyl. Som en del av ämnesomsättningen katalyserar enzymer hydroxyleringen. Motsvarande enzymer kallas hydroxylaser.

Vad är hydroxylering?

Hydroxyleringar är mycket vanliga inom kemi och biokemi. I allmänhet betyder hydroxylering införandet av en eller flera hydroxylgrupper i en molekyl. Hydroxylgruppen består av en väte- och en syreatom. Bland annat producerar metan den katalytiska oxidationen av metan. Den katalytiska tillsatsen av en vattenmolekyl till eten producerar etanol.

I biokemiska processer stöds tillsatsen av en hydroxylgrupp katalytiskt av så kallade hydroxylaser. Med hjälp av hydroxylaser kan till exempel vissa aminosyror omvandlas till viktiga aktiva ingredienser i organismen. Exempelvis omvandlas fenylalanin till tyrosin och tyrosin i sin tur till DOPA genom hydroxylering. Motsvarande enzymer är fenylalaninhydroxylas och tyrosinhydroxylas. Tryptophan omvandlas till 5-hydroxytryptophan med hjälp av tryptophan hydroxylas.

I bindvävnad omvandlas aminosyrorna prolin och lysin till hydroxiprolin och hydroxyslysin genom hydroxylering. De hydroxylerade aminosyrorna där säkerställer den starka tvärbindningen av kollagen och därmed också bindvävets styrka.

En annan viktig hydroxyleringsreaktion är omvandlingen av progesteron till kortikosteroider.

Funktion & uppgift

Hydroxyleringar är mycket viktiga biokemiska reaktioner. Bindvävnadens styrka är beroende av hydroxyleringsreaktioner. Aminosyrorna prolin och lysin finns i höga koncentrationer i bindvävets kollagen. Båda föreningarna kan enkelt förses med en ytterligare hydroxylgrupp med användning av hydroxylaser. Hydroxyleringen sker inom proteinet. Hydroxyproline bildas av prolin och hydroxylysin från lysin. Enzymerna prolinhydroxylas och lysinhydroxylas ansvarar för detta med hjälp av askorbinsyra (C-vitamin). Hydroxylgrupperna bildar fästpunkter för sockerrester eller så säkerställer de att de enskilda proteinmolekylerna är kopplade. Detta nätverk resulterar i en stark och flexibel bindväv.

En annan hydroxyleringsreaktion är omvandlingen av aminosyran fenylalanin till tyrosin. Denna reaktion är viktig för eukaryota organismer, eftersom höga fenylalaninkoncentrationer i cellen är skadliga. Tyrosin hydroxyleras vidare till L-DOPA. L-DOPA är en katekolamin och föregångaren till dopamin. Viktiga aminosyror omvandlas slutligen till neurotransmittorer genom hydroxylering.

Detsamma gäller hydroxylering av aminosyran tryptofan till 5-hydroxitryptofan. Denna förening representerar i sin tur en föregångare till serotonin, en annan neurotransmitter och vävnadshormon.

Slutligen omvandlas könshormonet progesteron till kortikosteroider genom hydroxylering, som som hormoner utför en mängd olika uppgifter i kroppen. Dessa inkluderar glukokortikoidkortisol och mineralokortikoid aldosteron. Dessa hormoner syntetiseras genom hydroxylering av progesteron och omvandlingen av hydroxylgrupperna till keto- eller aldehydgrupper.

Sammantaget ansvarar hydroxyleringar för uppbyggnaden av olika biologiska medel i organismen. Störningar i dessa reaktioner kan leda till allvarliga hälsoproblem.

Sjukdomar och sjukdomar

Många hydroxyleringar representerar viktiga mellansteg i metabolismen. Om störningar uppstår i hydroxyleringen hämmas de efterföljande reaktionsstegen också. Som ett resultat av sådana störningar kan betydande hälsoförluster uppstå. Till exempel leder en hämning av hydroxylysis av prolin och lysin i bindvävets kollagen till bindvävets svaghet. I vissa fall kan bindvävnaden sträckas över. Huden kan sjunka och de inre organen skyddas inte längre optimalt av bindvävnaden.

Det finns många mutationer, men var och en mycket sällsynt, vilket leder till defekter i strukturen hos enzymerna lysinhydroxylas eller prolinhydroxylas. Varje enskild genetisk defekt visar olika symtom. Men vad de alla har gemensamt är svagheten i bindvävnaden. De andra symtomen är olika.

Skörbuk är en förvärvad bindvävssvaghet Skörbuk uppstår när det finns en brist på vitamin C. Vitamin C eller askorbinsyra stöder de två hydroxylaser som nämns ovan. Om kroppen inte levereras med C-vitamin kan lysin och prolinhydroxylas knappast stödja hydroxyleringen av lysin och prolin. Bindvävnaden, som de andra vävnaderna i kroppen, utsätts för ständiga uppbyggnads- och nedbrytningsprocesser. Om det finns en långvarig brist på vitamin C, skapas svag bindväv eftersom hydroxyleringen inte längre fungerar. Det finns många allvarliga symtom med frekventa infektioner, utmattning, dåligt läkande sår, hudproblem, muskelnedbrytning, blödande tandkött, hög feber och mycket mer. Emellertid försvinner dessa symtom efter administrering av C-vitamin.

En annan sjukdom som är förknippad med hydroxyleringsstörningar är fenylketonuri. I fenylketonuri kan aminosyran fenylalanin inte längre brytas tillräckligt eftersom enzymet fenylalaninhydroxylas (PAH) antingen saknas eller inte fungerar. Fenylalanin är skadligt i högre koncentrationer. Hjärnutvecklingen försämras. Tillväxten av skallen stoppas också. Resultatet är en intellektuell funktionsnedsättning. En lågfenylalanin-diet i barndomen kan förhindra uppkomsten av sjukdomen.

Om tyrosin inte kan hydroxyleras eftersom det saknar tyrosinhydroxylas (TYH), utvecklas det mycket sällsynta Segawa-syndromet. Neurotransmitteren dopamin produceras inte längre i tillräckliga mängder. Symtomen är ostabil gång och parkinsonliknande symtom.

Om tryptofan inte längre kan hydroxyleras på grund av bristen på enzymet tryptofanhydroxylas, bildas för lite serotonin. Depression är vanligt. Slutligen kan störningar i hydroxylering av progesteron leda till hormonrelaterade sjukdomar.