Hydroxyleringen zijn chemische reacties waarbij hydroxylgroepen in een molecuul worden geïntroduceerd. In de context van metabolisme, enzymen zorgen voor de katalyse van hydroxylaties. De bijbehorende enzymen worden hydroxylasen genoemd.
Wat is hydroxylering?
In de context van metabolisme, enzymen zorgen voor katalyse van hydroxylaties. De overeenkomstige enzymen worden hydroxylasen genoemd. Hydroxyleringen komen veel voor in de chemie en biochemie. In het algemeen betekent een hydroxylering het introduceren van een of meer hydroxylgroepen in een molecuul. De hydroxylgroep bestaat uit een waterstof en een zuurstof atoom. Dit is onder meer hoe de alcohol methanol wordt gevormd tijdens de katalytische oxidatie van methaan. Katalytische toevoeging van a water molecuul tot etheen produceert ethanol Bij biochemische processen wordt de toevoeging van een hydroxylgroep katalytisch ondersteund door de zogenaamde hydroxylasen. Met behulp van bijvoorbeeld hydroxylasen aminozuren kunnen worden omgezet in belangrijke werkzame stoffen in het organisme. Hydroxyleringen zetten bijvoorbeeld fenylalanine om in tyrosine en tyrosine op hun beurt in DOPA. De overeenkomstige enzymen zijn fenylalaninehydroxylase en tyrosinehydroxylase. Met de hulp van tryptofaan hydroxylase, wordt tryptofaan omgezet in 5-hydroxytryptofaan. In bindweefsel aminozuren proline en lysine worden door hydroxylering omgezet in respectievelijk hydroxyproline en hydroxylysine. Daar wordt het gehydroxyleerd aminozuren zorgen voor een sterke verknoping van collageen en dus ook de sterkte van de bindweefsel Een andere belangrijke hydroxyleringsreactie vertegenwoordigt de omzetting van progesteron aan de corticosteroïden.
Functie en rol
Hydroxyleringen zijn zeer belangrijke biochemische reacties. Bijvoorbeeld de sterkte of bindweefsel hangt af van hydroxyleringsreacties. In de collageen van bindweefsel, de amino zuren proline en lysine zijn in hoge concentraties aanwezig. Beide verbindingen kunnen gemakkelijk worden voorzien van een extra hydroxylgroep met behulp van hydroxylasen. Bij dit proces vindt hydroxylering plaats binnen het eiwit. Hydroxyproline wordt gevormd uit proline en hydroxylysine uit lysine De enzymen prolinehydroxylase en lysinehydroxylase zijn hiervoor verantwoordelijk met behulp van ascorbinezuur (vitamine C De hydroxylgroepen vormen aanhechtingsplaatsen voor suiker residuen of ze zorgen onmiddellijk voor verknoping van het individuele eiwit moleculen Deze verknoping resulteert in een sterk en flexibel bindweefsel. Een andere hydroxyleringsreactie is de omzetting van het aminozuur fenylalanine in tyrosine. Deze reactie is belangrijk voor eukaryote organismen omdat hoge concentraties fenylalanine in de cel schadelijk zijn. Tyrosine wordt verder gehydroxyleerd tot L-DOPA. L-DOPA is een catecholamine en de voorloper van dopamine Zo zetten hydroxyleringen uiteindelijk belangrijke aminozuren om zuren in neurotransmitters. Hetzelfde geldt voor de hydroxylering van het aminozuur tryptofaan tot 5-hydroxytryptofaan. Deze verbinding vertegenwoordigt op zijn beurt een voorloper van serotonine, Andere neurotransmitter en weefselhormoon. Eindelijk het geslachtshormoon progesteron wordt door hydroxylering omgezet in de corticosteroïden, die dat zijn hormonen die verschillende taken in het lichaam uitvoeren. Deze omvatten de glucocorticoïde Cortisol en de mineralocorticoïde aldosteron. Deze hormonen worden gesynthetiseerd door hydroxylaties van progesteron en omzettingen van de hydroxylgroepen in keto- of aldehydegroepen. Over het algemeen zijn hydroxyleringen verantwoordelijk voor de assemblage van verschillende biologische agentia in het organisme. Verstoringen in deze reacties kunnen leiden tot ernstig volksgezondheid problemen.
Ziekten en kwalen
Veel hydroxyleringen vertegenwoordigen belangrijke tussenstappen in het metabolisme. Wanneer er verstoringen optreden in de hydroxylering, worden de daaropvolgende reactiestappen ook geremd. Dus significant nadelig volksgezondheid effecten kunnen optreden als gevolg van dergelijke verstoringen. Bijvoorbeeld remming van de hydroxylering van proline en lysine in bindweefsel collageen leidt tot zwakte van het bindweefsel In sommige gevallen kan het bindweefsel overbelast raken. Hangend huid kan resulteren, met de interne organen niet meer optimaal beschermd door het bindweefsel. Er zijn verschillende mutaties, die allemaal zeer zeldzaam zijn leiden op defecten in de structuur van de enzymen lysinehydroxylase of prolinehydroxylase. Elk individueel genetisch defect vertoont verschillende symptomen, maar wat ze allemaal gemeen hebben, is de zwakte van het bindweefsel De andere symptomen zijn talrijk. Een verworven zwakte van het bindweefsel is scheurbuik. Scheurbuik treedt op als er een tekort is aan vitamine C. Vitamine C of ascorbinezuur ondersteunt de twee bovengenoemde hydroxylasen. Als het lichaam niet wordt geleverd met vitamine C, lysine en prolinehydroxylase kunnen de hydroxylering van lysine en proline nauwelijks ondersteunen. Bindweefsel is, net als andere weefsels in het lichaam, onderhevig aan constante opbouw en afbraak. Langdurige afwezigheid van vitamine C resulteert in zwak bindweefsel omdat de hydroxylaties niet meer functioneren. Een verscheidenheid aan ernstige symptomen treedt op bij frequente infecties, uitputting en slechte genezing wonden, huid problemen, spierafbraak, bloeding tandvlees, Hoog koorts en veel meer. Deze symptomen verdwijnen echter daarna administratie of vitamine C.
Een andere ziekte die verband houdt met stoornissen van hydroxylering is fenylketonurie. in fenylketonuriekan het aminozuur fenylalanine niet meer in voldoende mate worden afgebroken omdat het enzym fenylalaninehydroxylase (PAH) ontbreekt of niet goed functioneert. Fenylalanine heeft bij hogere concentraties een schadelijke werking. Hersenen ontwikkeling is verstoord. De groei van de schedel wordt ook gestopt. Het resultaat is mentaal vertraging Een laag fenylalanine dieet in jeugd kan het begin van de ziekte voorkomen. Als tyrosine niet kan worden gehydroxyleerd omdat tyrosinehydroxylase (TYH) ontbreekt, ontstaat het zeer zeldzame Segawa-syndroom. De neurotransmitter dopamine wordt niet langer in voldoende hoeveelheden geproduceerd. Symptomen zijn onder meer loopinstabiliteit en Parkinson-achtige symptomen. Wanneer tryptofaan kan door de afwezigheid van het enzym tryptofaanhydroxylase niet meer gehydroxyleerd worden, te weinig serotonine is gevormd. Depressie vaak resultaten. Ten slotte kunnen stoornissen in de hydroxylering van progesteron leiden aan hormonaal gerelateerde ziekten.
