idrossilazioni sono reazioni chimiche in cui i gruppi idrossilici vengono introdotti in una molecola. Come parte del metabolismo, gli enzimi catalizzano l'idrossilazione. Gli enzimi corrispondenti sono chiamati idrossilasi.
Cos'è l'idrossilazione?
Le idrossilazioni sono molto comuni in chimica e biochimica. In generale, l'idrossilazione significa l'introduzione di uno o più gruppi idrossilici in una molecola. Il gruppo idrossile è costituito da un atomo di idrogeno e un atomo di ossigeno. Ad esempio, l'ossidazione catalitica del metano produce l'alcol metanolo. L'aggiunta catalitica di una molecola d'acqua all'etene produce etanolo.
Nei processi biochimici, l'aggiunta di un gruppo idrossile è supportata cataliticamente dalle cosiddette idrossilasi. Con l'aiuto delle idrossilasi, ad esempio, alcuni amminoacidi possono essere convertiti in importanti principi attivi dell'organismo. Ad esempio, la fenilalanina viene convertita in tirosina e la tirosina in DOPA attraverso l'idrossilazione. Gli enzimi corrispondenti sono la fenilalanina idrossilasi e la tirosina idrossilasi. Il triptofano viene convertito in 5-idrossitriptofano con l'aiuto della triptofano idrossilasi.
Nel tessuto connettivo, gli amminoacidi prolina e lisina vengono convertiti in idrossiprolina e idrossilisina mediante idrossilazione. Gli amminoacidi idrossilati assicurano il forte reticolazione del collagene e quindi anche la forza del tessuto connettivo.
Un'altra importante reazione di idrossilazione è la conversione del progesterone in corticosteroidi.
Funzione e compito
Le idrossilazioni sono reazioni biochimiche molto importanti. La forza del tessuto connettivo dipende dalle reazioni di idrossilazione. Gli aminoacidi prolina e lisina sono presenti in alte concentrazioni nel collagene del tessuto connettivo. Entrambi i composti possono essere facilmente forniti con un gruppo idrossile aggiuntivo utilizzando idrossilasi. L'idrossilazione avviene all'interno della proteina. L'idrossiprolina è formata dalla prolina e l'idrossilisina dalla lisina. Gli enzimi prolina idrossilasi e lisina idrossilasi ne sono responsabili con l'aiuto dell'acido ascorbico (vitamina C). I gruppi idrossilici formano punti di attacco per i residui di zucchero o assicurano che le singole molecole proteiche siano collegate. Questa rete si traduce in un tessuto connettivo forte e flessibile.
Un'altra reazione di idrossilazione è la conversione dell'amminoacido fenilalanina in tirosina.Questa reazione è importante per gli organismi eucariotici, poiché alte concentrazioni di fenilalanina nella cellula sono dannose. La tirosina è ulteriormente idrossilata a L-DOPA. La L-DOPA è una catecolamina e il precursore della dopamina. Gli amminoacidi importanti vengono infine convertiti in neurotrasmettitori attraverso l'idrossilazione.
Lo stesso vale per l'idrossilazione dell'amminoacido triptofano in 5-idrossitriptofano. Questo composto, a sua volta, rappresenta un precursore della serotonina, un altro neurotrasmettitore e ormone tissutale.
Infine, il progesterone dell'ormone sessuale viene convertito in corticosteroidi attraverso l'idrossilazione, che, come ormoni, svolgono una varietà di compiti nel corpo. Questi includono il cortisolo glucocorticoide e l'aldosterone mineralcorticoide. Questi ormoni sono sintetizzati attraverso l'idrossilazione del progesterone e la conversione dei gruppi idrossilici in gruppi cheto o aldeidici.
Nel complesso, le idrossilazioni sono responsabili dell'accumulo di diversi agenti biologici nell'organismo. Disturbi in queste reazioni possono portare a gravi problemi di salute.
Malattie e disturbi
Molte idrossilazioni rappresentano importanti fasi intermedie del metabolismo, se si verificano disturbi nell'idrossilazione vengono inibite anche le successive fasi di reazione. Come risultato di tali disturbi, possono verificarsi gravi danni alla salute. Ad esempio, un'inibizione dell'idrossilisi di prolina e lisina nel collagene del tessuto connettivo porta ad una debolezza del tessuto connettivo. In alcuni casi, il tessuto connettivo può essere allungato eccessivamente. La pelle può incurvarsi e gli organi interni non sono più protetti in modo ottimale dal tessuto connettivo.
Esistono molte mutazioni, ma ognuna molto rara, che portano a difetti nella struttura degli enzimi lisina idrossilasi o prolina idrossilasi. Ogni singolo difetto genetico mostra sintomi diversi. Ciò che hanno tutti in comune, tuttavia, è la debolezza del tessuto connettivo. Gli altri sintomi sono molteplici.
Lo scorbuto è una debolezza acquisita del tessuto connettivo che si manifesta quando manca la vitamina C. La vitamina C o l'acido ascorbico supportano le due idrossilasi sopra menzionate. Se il corpo non riceve vitamina C, la lisina e la prolina idrossilasi difficilmente possono supportare l'idrossilazione della lisina e della prolina. Il tessuto connettivo, come gli altri tessuti del corpo, è soggetto a costanti processi di accumulo e degradazione. Se la vitamina C manca per un periodo di tempo più lungo, si crea un tessuto connettivo debole perché l'idrossilazione non funziona più. Ci sono molti sintomi gravi con infezioni frequenti, esaurimento, ferite che guariscono male, problemi della pelle, esaurimento muscolare, gengive sanguinanti, febbre alta e molto altro. Tuttavia, questi sintomi scompaiono dopo la somministrazione di vitamina C.
Un'altra malattia associata ai disturbi dell'idrossilazione è la fenilchetonuria.Nella fenilchetonuria, l'aminoacido fenilalanina non può più essere sufficientemente scomposto perché l'enzima fenilalanina idrossilasi (PAH) è mancante o malfunzionante. La fenilalanina è dannosa a concentrazioni più elevate. C'è una compromissione dello sviluppo del cervello. Anche la crescita del cranio viene interrotta. Il risultato è una disabilità intellettiva. Una dieta a basso contenuto di fenilalanina durante l'infanzia può prevenire l'insorgenza della malattia.
Se la tirosina non può essere idrossilata perché manca la tirosina idrossilasi (TYH), si sviluppa la rarissima sindrome di Segawa. Il neurotrasmettitore dopamina non viene più prodotto in quantità sufficienti. I sintomi sono andatura instabile e sintomi simili al Parkinson.
Se il triptofano non può più essere idrossilato a causa della mancanza dell'enzima triptofano idrossilasi, si forma troppo poca serotonina. La depressione è comune. Infine, i disturbi nell'idrossilazione del progesterone possono portare a malattie correlate agli ormoni.
