Hydrolyse vertegenwoordigt het opsplitsen van een chemische verbinding in kleinere moleculen met de opname van water Hydrolyse speelt een belangrijke rol, zowel op anorganisch gebied als in de biologie. Bij levende organismen treedt hydrolytische splitsing op onder invloed van enzymen.
Wat is hydrolyse?
Hydrolyse vertegenwoordigt een splitsing van een chemische verbinding in kleinere moleculen met de opname van water Bij levende organismen treedt hydrolytische splitsing op onder invloed van enzymen Bij hydrolyse worden chemische verbindingen opgesplitst in kleinere moleculen door te absorberen water Dit geldt zowel in de anorganische als in de biologische wereld. In dit proces combineert een deelmolecuul met de hydroxylgroep (OH-groep) en een ander deelmolecuul combineert met de waterstof ion (H +). Om neutrale moleculen te verkrijgen, migreert het elektron van de hydroxylgroep formeel naar het proton. Deze reacties treden meestal niet in één stap op. Bij eenvoudige reacties zijn slechts enkele stappen nodig, terwijl bij gecompliceerde omzettingen altijd een katalysator betrokken is, die onveranderd blijft nadat alle reactiestappen zijn doorlopen. In de biologie omvat hydrolyse vaak de afbraak van sterk polymere of samengestelde verbindingen. De drie belangrijkste voedingsstoffen koolhydraten (polysacchariden), vetten of eiwitten worden hydrolytisch afgebroken. In levende systemen vinden de reacties altijd plaats in aanwezigheid van enzymen De enzymen vertegenwoordigen katalysatoren, die na de hydrolytische splitsing weer onveranderd beschikbaar zijn en klaar zijn voor de volgende reactie. Het omkeren van hydrolyse levert water op en wordt condensatie genoemd.
Functie en taak
Hydrolyses behoren tot de fundamentele reacties in biologische systemen. Ze zorgen ervoor dat grote biomoleculen constant worden omgezet in monomeren voor gebruik bij de opbouw van endogene stoffen of, door hun afbraak, om het lichaam van energie te voorzien. Hydrolyse speelt daarom een centrale rol in het lichaam. Zo komen na voedselinname de belangrijke voedingsstoffen binnen koolhydraten, vetten en eiwitten worden door hydrolyse in hun afzonderlijke componenten afgebroken. In het geval van koolhydraten, bijvoorbeeld de uitsplitsing van polysacchariden in de monomeren glucose vindt plaats met water absorptie Vetten vertegenwoordigen glycerol veresterd met vetzuren Hydrolytische splitsing produceert het individu vetzuren en glycerol. Eiwitten zijn ketens van peptidisch verbonden aminozuren die tijdens de spijsvertering hydrolytisch worden gesplitst in individuele aminozuren. Enzymen zijn betrokken bij alle hydrolytische reacties in het lichaam. Enzymen zijn eiwitten die de reacties katalytisch ondersteunen. Na hydrolyse zijn de enzymen onveranderd aanwezig. Hydrolyse vindt niet alleen plaats tijdens de vertering van voedsel. Hydrolyse- en condensatiereacties vinden constant in het lichaam plaats als onderdeel van het algehele metabolisme. Enzymen die hydrolyse katalyseren, worden hydrolasen genoemd. De hydrolasen kunnen op hun beurt worden onderverdeeld in peptidasen, esterasen of glycosidasen. Onder andere peptidasen breken eiwitten af om individueel te vormen aminozuren Esterases daarentegen kunnen vetten afbreken tot vetzuren en glycerol In dit geval zijn het lipasen. Glycosidases breken glycosidische verbindingen af. Dit zijn beide polysacchariden, waarin meerdere suiker moleculen zijn glycosidisch gekoppeld, of verbindingen die een glycosidebinding hebben tussen een suikergedeelte en een niet-suikergedeelte. Daarom omvatten glycosidasen amylase, dat zetmeel omzet in glucose Andere hydrolasen zijn onder meer fosfatasen en nucleasen. De fosfatasen splitsen zich hydrolytisch fosfaat groepen. Een goed voorbeeld van deze reactie is de omzetting van ATP (adenosine trifosfaat) naar ADP (adenosinedifosfaat). Over het algemeen gaan hydrolyses altijd door met het vrijkomen van energie. Dit is vooral duidelijk in de reactie van ATP op ADP. Dit komt doordat deze omzetting de energie levert die voorheen in ATP was opgeslagen voor andere biochemische reacties, warmteopwekking of mechanische bewegingen. Nucleasen zijn verantwoordelijk voor de volledige afbraak van nucleïnezuren Deze zijn weer onderverdeeld in de ribonucleasen en deoxyribonucleasen. Beide groepen enzymen splitsen de fosfodiësterbindingen in het nucleïnezuurmolecuul hydrolytisch om de afzonderlijke nucleotiden te vormen.
Ziekten en aandoeningen
Omdat in het menselijk lichaam constant hydrolysereacties plaatsvinden, is in deze context ook een grote verscheidenheid aan ziekten mogelijk. Spijsvertering en veel tussenliggende reacties in het metabolisme vertegenwoordigen hydrolysereacties. Voor elke reactiestap zijn er speciale enzymen. Enzymen zijn echter eiwitten waarvan de functie ook kan worden beperkt door genetische veranderingen. Het falen of tekort aan een individueel enzym kan fatale gevolgen hebben voor volksgezondheid Enzymen moeten soms in grote hoeveelheden aanwezig zijn, zodat een heel orgaan nodig is voor hun afscheiding. Dit geldt voor de spijsverteringsenzymen van de alvleesklier, onder anderen. De alvleesklier produceert voornamelijk lipasen en peptidasen. Het is grotendeels verantwoordelijk voor het verteren van de voedselpulp afkomstig van de maag Vetten en eiwitten worden afgebroken tot hun individuele componenten. Het lichaam absorbeert het aminozuren, vetzuren, glycerol en glucose gevormd via de dunne darm Bij ziekten van de alvleesklier treden zware spijsverteringsklachten op diarree, winderigheid en ernstig pijn in de buik Door het gebrek aan vetafbraak kan vette ontlasting optreden. In de acute vorm van pancreatitis, zelfs zelfvertering van de alvleesklier met een fatale afloop is mogelijk. Door verschillende oorzaken kan de vrije uitstroom van spijsverteringssappen in de dunne darm kan worden gestoord. Ze hopen zich op in de alvleesklier en lossen deze volledig op. In de chronische vormen van pancreatitis, er is ook een constante gedeeltelijke ontbinding. Een ander voorbeeld van een ziekte met betrekking tot hydrolytische processen wordt vertegenwoordigd door mitochondriopathieën. Door verstoringen in de ATP-synthese kunnen de energieleverende reacties van ATP op ADP slechts in beperkte mate plaatsvinden. De mitochondriopathieën manifesteren zich in chronische vermoeidheid en zwakte, naast andere symptomen.
