Hydroxyl hóa

Hydroxyl hóa là các phản ứng hóa học trong đó các nhóm hydroxyl được đưa vào một phân tử. Là một phần của quá trình trao đổi chất, các enzym xúc tác quá trình hydroxyl hóa. Các enzym tương ứng được gọi là hydroxylase.

Hydroxyl hóa là gì?

Hydroxyl hóa rất phổ biến trong hóa học và sinh hóa. Nói chung, hydroxyl hóa có nghĩa là sự đưa một hoặc nhiều nhóm hydroxyl vào một phân tử. Nhóm hydroxyl bao gồm một nguyên tử hydro và một nguyên tử oxy. Trong số những thứ khác, quá trình oxy hóa metan có xúc tác tạo ra rượu metanol. Xúc tác thêm phân tử nước vào etilen tạo ra etanol.

Trong các quá trình sinh hóa, việc bổ sung một nhóm hydroxyl được hỗ trợ xúc tác bởi cái gọi là hydroxylase. Ví dụ, với sự trợ giúp của hydroxylase, một số axit amin nhất định có thể được chuyển đổi thành các hoạt chất quan trọng trong cơ thể sinh vật. Ví dụ, phenylalanin lần lượt được chuyển thành tyrosine và tyrosine thành DOPA thông qua quá trình hydroxyl hóa. Các enzym tương ứng là phenylalanin hydroxylase và tyrosine hydroxylase. Tryptophan được chuyển đổi thành 5-hydroxytryptophan với sự trợ giúp của tryptophan hydroxylase.

Trong mô liên kết, các axit amin proline và lysine được chuyển đổi thành hydroxyproline và hydroxylysine bằng cách hydroxyl hóa. Các axit amin hydroxyl hóa ở đó đảm bảo liên kết chéo mạnh mẽ của collagen và do đó cũng là sức mạnh của mô liên kết.

Một phản ứng hydroxyl hóa quan trọng khác là chuyển progesterone thành corticosteroid.

Chức năng & nhiệm vụ

Hydroxyl hóa là phản ứng sinh hóa rất quan trọng. Độ bền của mô liên kết phụ thuộc vào phản ứng hydroxyl hóa. Các axit amin proline và lysine có ở nồng độ cao trong collagen của mô liên kết. Cả hai hợp chất đều có thể dễ dàng được cung cấp một nhóm hydroxyl bổ sung bằng cách sử dụng hydroxylase. Quá trình hydroxyl hóa diễn ra trong protein. Hydroxyproline được hình thành từ proline và hydroxylysine từ lysine. Các enzym proline hydroxylase và lysine hydroxylase chịu trách nhiệm về việc này với sự trợ giúp của axit ascorbic (vitamin C). Các nhóm hydroxyl tạo thành các điểm gắn vào cặn đường hoặc chúng đảm bảo rằng các phân tử protein riêng lẻ được liên kết. Sự kết nối này tạo ra một mô liên kết mạnh mẽ và linh hoạt.

Một phản ứng hydroxyl hóa khác là sự chuyển đổi axit amin phenylalanin thành tyrosin. Phản ứng này rất quan trọng đối với sinh vật nhân chuẩn, vì nồng độ phenylalanin cao trong tế bào là có hại. Tyrosine tiếp tục được hydroxyl hóa thành L-DOPA. L-DOPA là một catecholamine và là tiền chất của dopamine. Các axit amin quan trọng cuối cùng được chuyển thành chất dẫn truyền thần kinh thông qua quá trình hydroxyl hóa.

Điều tương tự cũng áp dụng cho quá trình hydroxyl hóa axit amin tryptophan thành 5-hydroxytryptophan. Đến lượt mình, hợp chất này đại diện cho tiền thân của serotonin, một chất dẫn truyền thần kinh khác và hormone mô.

Cuối cùng, hormone sinh dục progesterone được chuyển đổi thành corticosteroid thông qua quá trình hydroxyl hóa, là hormone, thực hiện nhiều nhiệm vụ khác nhau trong cơ thể. Chúng bao gồm glucocorticoid cortisol và mineralocorticoid aldosterone. Các hormone này được tổng hợp thông qua quá trình hydroxyl hóa progesterone và chuyển nhóm hydroxyl thành nhóm keto hoặc aldehyde.

Nhìn chung, hydroxyl hóa là nguyên nhân hình thành các tác nhân sinh học khác nhau trong cơ thể sinh vật. Sự xáo trộn trong các phản ứng này có thể dẫn đến các vấn đề sức khỏe nghiêm trọng.

Bệnh tật & ốm đau

Nhiều hydroxyl hóa đại diện cho các bước trung gian quan trọng trong quá trình chuyển hóa. Nếu xảy ra rối loạn trong quá trình hydroxyl hóa, các bước phản ứng tiếp theo cũng bị ức chế. Kết quả của những rối loạn như vậy, những suy giảm sức khỏe đáng kể có thể xảy ra. Ví dụ, sự ức chế quá trình thủy phân proline và lysine trong collagen của mô liên kết dẫn đến sự suy yếu của mô liên kết. Trong một số trường hợp, mô liên kết có thể bị giãn nở quá mức. Da có thể chảy xệ và các cơ quan nội tạng không còn được bảo vệ tối ưu bởi các mô liên kết.

Có rất nhiều đột biến, mặc dù rất hiếm, dẫn đến các khiếm khuyết trong cấu trúc của enzym lysine hydroxylase hoặc proline hydroxylase. Mỗi khiếm khuyết di truyền đơn lẻ cho thấy các triệu chứng khác nhau. Tuy nhiên, điểm chung của tất cả chúng là điểm yếu của mô liên kết. Các triệu chứng khác rất đa dạng.

Bệnh còi là một điểm yếu mô liên kết mắc phải. Bệnh còi xảy ra khi thiếu vitamin C. Vitamin C hoặc axit ascorbic hỗ trợ hai hydroxylase nói trên. Nếu cơ thể không được cung cấp vitamin C, lysine và proline hydroxylase khó có thể hỗ trợ quá trình hydroxyl hóa lysine và proline. Các mô liên kết, giống như các mô khác trong cơ thể, là đối tượng của quá trình tích tụ và phá vỡ liên tục. Nếu thiếu vitamin C kéo dài sẽ tạo ra các mô liên kết yếu do quá trình hydroxyl hóa không còn tác dụng. Có nhiều triệu chứng nghiêm trọng như nhiễm trùng thường xuyên, kiệt sức, vết thương kém lành, các vấn đề về da, suy nhược cơ, chảy máu nướu răng, sốt cao và nhiều hơn nữa. Tuy nhiên, các triệu chứng này biến mất sau khi dùng vitamin C.

Một bệnh khác liên quan đến rối loạn hydroxyl hóa là bệnh phenylketon niệu. Trong bệnh phenylketon niệu, axit amin phenylalanin không còn có thể được phân hủy đầy đủ vì enzym phenylalanin hydroxylase (PAH) bị thiếu hoặc hoạt động sai. Phenylalanin có hại ở nồng độ cao hơn. Sự phát triển của não bị suy giảm. Sự phát triển của hộp sọ cũng bị ngừng lại. Kết quả là bị thiểu năng trí tuệ. Chế độ ăn ít phenylalanin trong thời thơ ấu có thể ngăn ngừa sự khởi phát của bệnh.

Nếu tyrosine không thể được hydroxyl hóa vì thiếu tyrosine hydroxylase (TYH), hội chứng Segawa rất hiếm sẽ phát triển. Chất dẫn truyền thần kinh dopamine không còn được sản xuất với số lượng đủ. Các triệu chứng là dáng đi không vững và các triệu chứng giống Parkinson.

Nếu tryptophan không còn có thể được hydroxyl hóa do thiếu enzym tryptophan hydroxylase, thì quá ít serotonin được hình thành. Trầm cảm là phổ biến. Cuối cùng, sự rối loạn trong quá trình hydroxyl hóa progesterone có thể dẫn đến các bệnh liên quan đến hormone.