De hydrolyse staat voor de opsplitsing van een chemische verbinding in kleinere moleculen met de opname van water Hydrolyses spelen een belangrijke rol zowel op anorganisch gebied als in de biologie. Bij levende organismen vindt hydrolytische splitsing plaats onder invloed van enzymen.
Wat is hydrolyse?
Tijdens hydrolyse worden chemische verbindingen opgesplitst in kleinere moleculen wanneer water wordt opgenomen. Dit geldt voor zowel anorganische als biologische gebieden. Een deel van het molecuul is verbonden met de hydroxylgroep (OH-groep) en een ander deel van het molecuul is verbonden met het waterstofion (H +). Om neutrale moleculen te verkrijgen, migreert het elektron van de hydroxylgroep formeel naar het proton.
Deze reacties vinden meestal niet in één stap plaats. Bij eenvoudige reacties zijn slechts enkele stappen nodig, terwijl bij gecompliceerde omzettingen altijd een katalysator betrokken is, die na voltooiing van alle reactiestappen onveranderd blijft.
In de biologie is 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 zijn katalysatoren die na de hydrolytische splitsing weer onveranderd zijn en beschikbaar zijn voor de volgende reactie.
Het omgekeerde van hydrolyse levert water op en staat bekend als condensatie.
Functie en taak
Hydrolyse is een van de fundamentele reacties in biologische systemen. Ze zorgen ervoor dat grote biomoleculen constant worden omgezet in monomeren, zodat ze ofwel kunnen worden gebruikt om lichaamseigen stoffen op te bouwen, ofwel door hun afbraak het lichaam van energie te voorzien. Daarom spelen hydrolyse een centrale rol in het lichaam.
Na het eten worden de belangrijke voedingsstoffen koolhydraten, vetten en eiwitten door hydrolyse afgebroken tot hun individuele componenten. In het geval van koolhydraten worden de polysacchariden bijvoorbeeld bij opname van water afgebroken tot de monomeren glucose. Vetten zijn glycerine veresterd met vetzuren De hydrolytische splitsing produceert de individuele vetzuren en glycerine. Eiwitten zijn ketens van peptidische aminozuren die tijdens de spijsvertering hydrolytisch worden opgesplitst in afzonderlijke aminozuren. Enzymen zijn betrokken bij alle hydrolytische reacties in het lichaam. Enzymen zijn eiwitten die de reacties katalytisch ondersteunen. Na hydrolyse zijn de enzymen ongewijzigd.
Hydrolyse vindt niet alleen plaats bij de vertering van voedsel. Als onderdeel van het algehele metabolisme vinden in het lichaam constante hydrolyse- en condensatiereacties plaats. Enzymen die hydrolyse katalyseren, worden hydrolasen genoemd.De hydrolasen kunnen op hun beurt worden onderverdeeld in peptidasen, esterasen of glycosidasen. Peptidasen breken onder andere eiwitten af onder vorming van individuele aminozuren. Esterases kunnen op hun beurt vetten afbreken tot vetzuren en glycerine. Dan zijn het lipasen. De glycosidasen splitsen glycosidische verbindingen. Dit zijn ofwel polysacchariden, waarin verschillende suikermoleculen glycosidisch zijn gekoppeld, of verbindingen die een glycosidebinding hebben tussen een suikercomponent en een niet-suikercomponent. Daarom is amylase, dat zetmeel omzet in glucose, een van de glycosidasen.
Andere hydrolasen zijn fosfatasen en nucleasen. De fosfatasen splitsen fosfaatgroepen hydrolytisch af. Een goed voorbeeld van deze reactie is de omzetting van ATP (adenosinetrifosfaat) naar ADP (adenosinedifosfaat). Over het algemeen vindt hydrolyse altijd plaats met het vrijkomen van energie. Dit blijkt vooral uit de reactie van ATP op ADP. Omdat deze omzetting de eerder in het ATP opgeslagen energie levert 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 enzymgroepen splitsen hydrolytisch de fosfodiësterbindingen in het nucleïnezuurmolecuul om de individuele nucleotiden te vormen.
Ziekten en aandoeningen
Omdat in het menselijk lichaam voortdurend hydrolysereacties plaatsvinden, zijn in deze context ook verschillende ziekten mogelijk. De spijsvertering en vele tussenreacties in de stofwisseling zijn hydrolysereacties, voor elke reactiestap zijn er speciale enzymen. Enzymen zijn echter eiwitten die ook door genetische veranderingen in hun functie kunnen worden beperkt. Het falen of tekortschieten van elk afzonderlijk enzym kan fatale gevolgen hebben voor de gezondheid.
Enzymen moeten soms in grote hoeveelheden aanwezig zijn, zodat een heel orgaan nodig is voor hun afscheiding. Dit geldt onder meer voor de spijsverteringsenzymen in de alvleesklier. De alvleesklier of pancreas maakt voornamelijk lipasen en peptidasen aan. Het is grotendeels verantwoordelijk voor de vertering van het voedsel dat uit de maag komt. Vetten en eiwitten worden afgebroken tot de afzonderlijke componenten. Het lichaam neemt de aminozuren, vetzuren, glycerine en glucose op die via de dunne darm worden gevormd. Bij ziekten van de alvleesklier treden grote spijsverteringsproblemen op met diarree, winderigheid en hevige buikpijn. Het ontbreken van vetafbraak kan leiden tot vette ontlasting.
Bij de acute vorm van ontsteking van de alvleesklier (pancreatitis) kan de alvleesklier zichzelf zelfs verteren met een fatale afloop. De vrije stroom van spijsverteringssappen in de dunne darm kan door verschillende oorzaken worden verstoord. Ze hopen zich op in de alvleesklier en lossen volledig op. Zelfs bij de chronische vormen van pancreatitis is er een constante gedeeltelijke oplossing.
Mitochondriopathieën zijn een ander voorbeeld van een ziekte met betrekking tot hydrolytische processen: door verstoringen in de ATP-synthese kunnen de energieleverende reacties van ATP naar ADP slechts in beperkte mate plaatsvinden. De mitochondriale ziekten uiten zich o.a. bij chronische vermoeidheid en zwakte.
