Hydroxylering

Hydroxyleringen zijn chemische reacties waarbij hydroxylgroepen in een molecuul worden geïntroduceerd. Als onderdeel van het metabolisme katalyseren enzymen de hydroxylering. De overeenkomstige enzymen worden hydroxylasen genoemd.

Wat is hydroxylering?

Hydroxyleringen komen veel voor in de chemie en biochemie. In het algemeen betekent hydroxylering de introductie van een of meer hydroxylgroepen in een molecuul. De hydroxylgroep bestaat uit één waterstof- en één zuurstofatoom. Bij de katalytische oxidatie van methaan ontstaat onder andere de alcohol methanol. De katalytische toevoeging van een watermolecuul aan etheen levert ethanol op.

Bij biochemische processen wordt de toevoeging van een hydroxylgroep katalytisch ondersteund door zogenaamde hydroxylasen. Met behulp van bijvoorbeeld hydroxylasen kunnen bepaalde aminozuren worden omgezet in belangrijke actieve ingrediënten in het organisme. Zo wordt fenylalanine door hydroxylering omgezet in tyrosine en tyrosine op hun beurt in DOPA. De overeenkomstige enzymen zijn fenylalaninehydroxylase en tyrosinehydroxylase. Tryptofaan wordt met behulp van tryptofaanhydroxylase omgezet in 5-hydroxytryptofaan.

In het bindweefsel worden de aminozuren proline en lysine door hydroxylering omgezet in hydroxyproline en hydroxylysine. De gehydroxyleerde aminozuren daar zorgen voor de sterke verknoping van collageen en dus ook voor de sterkte van het bindweefsel.

Een andere belangrijke hydroxyleringsreactie is de omzetting van progesteron in corticosteroïden.

Functie en taak

Hydroxyleringen zijn zeer belangrijke biochemische reacties. De sterkte van het bindweefsel is afhankelijk van hydroxylatiereacties. De aminozuren proline en lysine zijn in hoge concentraties aanwezig in het collageen van het bindweefsel. Beide verbindingen kunnen met behulp van hydroxylasen gemakkelijk van een extra hydroxylgroep worden voorzien. De hydroxylering vindt plaats in 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 aanknopingspunten voor suikerresten of zorgen ervoor dat de individuele eiwitmoleculen met elkaar worden verbonden. Dit netwerk 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, aangezien 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. Door hydroxylering worden uiteindelijk belangrijke aminozuren omgezet in neurotransmitters.

Hetzelfde geldt voor de hydroxylering van het aminozuur tryptofaan tot 5-hydroxytryptofaan. Deze verbinding vertegenwoordigt op zijn beurt een voorloper van serotonine, een andere neurotransmitter en weefselhormoon.

Ten slotte wordt het geslachtshormoon progesteron door hydroxylering omgezet in corticosteroïden, die als hormonen verschillende taken in het lichaam uitvoeren. Deze omvatten het glucocorticoïde cortisol en het mineralocorticoïde aldosteron. Deze hormonen worden gesynthetiseerd door de hydroxylering van progesteron en de omzetting van de hydroxylgroepen in keto- of aldehydegroepen.

Over het algemeen zijn hydroxyleringen verantwoordelijk voor de opbouw van verschillende biologische agentia in het organisme. Stoornissen in deze reacties kunnen tot ernstige gezondheidsproblemen leiden.

Ziekten en aandoeningen

Veel hydroxyleringen vertegenwoordigen belangrijke tussenstappen in het metabolisme, als er verstoringen optreden in de hydroxylering, worden ook de volgende reactiestappen geremd. Als gevolg van dergelijke aandoeningen kunnen aanzienlijke gezondheidsproblemen optreden. Zo leidt een remming van de hydroxylysis van proline en lysine in het collageen van het bindweefsel tot een zwakte van het bindweefsel. In sommige gevallen kan het bindweefsel overbelast raken. De huid kan verzakken en de inwendige organen worden niet meer optimaal beschermd door het bindweefsel.

Er zijn veel mutaties, hoewel zeer zeldzaam, die leiden tot defecten in de structuur van de enzymen lysinehydroxylase of prolinehydroxylase. Elk genetisch defect vertoont verschillende symptomen. Wat ze echter allemaal gemeen hebben, is de zwakte van het bindweefsel. De andere symptomen zijn gevarieerd.

Scheurbuik is een verworven zwakte van het bindweefsel 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 voorzien van vitamine C, kunnen lysine en prolinehydroxylase de hydroxylering van lysine en proline nauwelijks ondersteunen. Het bindweefsel is, net als de andere weefsels in het lichaam, onderhevig aan constante opbouw- en afbraakprocessen. Bij een langdurig tekort aan vitamine C ontstaat er zwak bindweefsel doordat de hydroxylering niet meer werkt. Er zijn veel ernstige symptomen met frequente infecties, uitputting, slecht genezende wonden, huidproblemen, spierafbraak, bloedend tandvlees, hoge koorts en nog veel meer. Deze symptomen verdwijnen echter na toediening van vitamine C.

Een andere ziekte in verband met hydroxyleringsstoornissen is fenylketonurie Bij fenylketonurie kan het aminozuur fenylalanine niet meer voldoende worden afgebroken omdat het enzym fenylalaninehydroxylase (PAH) afwezig is of slecht functioneert. Fenylalanine is schadelijk in hogere concentraties. Er is een beperking in de ontwikkeling van de hersenen. Ook de groei van de schedel wordt gestopt. Het resultaat is een verstandelijke beperking. Een dieet met weinig fenylalanine in de kindertijd kan het ontstaan ​​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 meer in voldoende hoeveelheden geproduceerd. De symptomen zijn een onstabiele manier van lopen en Parkinson-achtige symptomen.

Als tryptofaan niet meer gehydroxyleerd kan worden door het ontbreken van het enzym tryptofaanhydroxylase, wordt er te weinig serotonine gevormd. Depressie komt vaak voor. Ten slotte kunnen verstoringen in de hydroxylering van progesteron leiden tot hormoongerelateerde ziekten.