הידרוקסילציה

הידרוקסילציות הן תגובות כימיות בהן מוכנסות קבוצות הידרוקסיל למולקולה. כחלק מהמטבוליזם אנזימים מזרזים את ההידרוקסילציה. האנזימים המתאימים נקראים הידרוקסילאזים.

מהי הידרוקסילציה?

הידרוקסילציות נפוצות מאוד בכימיה ובביוכימיה. באופן כללי, הידרוקסילציה פירושה הכנסת קבוצה אחת או יותר של הידרוקסיל למולקולה. קבוצת ההידרוקסיל מורכבת ממימן אחד ואטום חמצן אחד. בין היתר, החמצון הקטליטי של מתאן מייצר את האלכוהול מתנול. התוספת הקטליטית של מולקולת מים לאאתן מייצרת אתנול.

בתהליכים ביוכימיים, תוספת של קבוצת הידרוקסיל נתמכת באופן קטליטי על ידי מה שמכונה הידרוקסילאזים. בעזרת הידרוקסילאזים, למשל, ניתן להמיר חומצות אמינו מסוימות לחומרים פעילים חשובים באורגניזם. לדוגמה, פנילאלנין מומר לטירוזין וטירוזין בתורו ל- DOPA באמצעות הידרוקסילציה. האנזימים המתאימים הם פנילאלנין הידרוקסילאז וטירוזין הידרוקסילאז. טריפטופן מומר ל- 5-hydroxytryptophan בעזרת טריפטופן הידרוקסילאז.

ברקמת החיבור, חומצות האמינו פרולין וליזין מומרות להידרוקסיפרולין והידרוקסיולין על ידי הידרוקסילציה. חומצות האמינו ההידרוקסילטיות שם מבטיחות קישור חיבור חזק של קולגן ובכך גם את חוזק רקמת החיבור.

תגובת הידרוקסילציה חשובה נוספת היא המרה של פרוגסטרון לקורטיקוסטרואידים.

פונקציה ומשימה

הידרוקסילציות הן תגובות ביוכימיות חשובות מאוד. חוזק רקמת החיבור תלוי בתגובות הידרוקסילציה. חומצות האמינו פרולין וליזין קיימות בריכוזים גבוהים בקולגן של רקמת החיבור. לשני התרכובות ניתן בקלות לספק קבוצת הידרוקסיל נוספת באמצעות הידרוקסילאזים. ההידרוקסילציה מתרחשת בתוך החלבון. הידרוקסיפרולין נוצר מפרולין והידרוקסי-ליזין מליזין. האנזימים פרולין הידרוקסילאז וליזין הידרוקסילאז אחראים לכך בעזרת חומצה אסקורבית (ויטמין C). קבוצות ההידרוקסיל מהוות נקודות חיבור לשאריות סוכר או שהן מבטיחות שקשר בין מולקולות החלבון הבודדות. רשת זו מביאה לרקמת חיבור חזקה וגמישה.

תגובת הידרוקסילציה נוספת היא המרת חומצת האמינו פנילאלנין לטירוזין, תגובה זו חשובה לאורגניזמים אוקיארוטים, מכיוון שריכוזי פנילאלנין גבוהים בתא מזיקים. טירוזין עודף הידרוקסילציה ל- L-DOPA. L-DOPA הוא קטכולמין והמבשר לדופמין. חומצות אמינו חשובות מומרות לבסוף למועברים עצביים באמצעות הידרוקסילציה.

כך גם בהידרוקסילציה של חומצה אמינית טריפטופן ל -5-הידרוקסי-טריפטופן. תרכובת זו מייצגת בתורו מבשר לסרוטונין, עודף עצבי והורמון רקמות.

לבסוף, הורמון המין פרוגסטרון מומר לקורטיקוסטרואידים באמצעות הידרוקסילציה, אשר כהורמונים מבצעים מגוון משימות בגוף. אלה כוללים את הקורטיזול הגלוקוקורטיקואידי ואת האלדוסטרון מינרל-קורקטואיד. הורמונים אלו מסונתזים באמצעות הידרוקסילציה של פרוגסטרון והמרת קבוצות ההידרוקסיל לקבוצות קטו או אלדהיד.

בסך הכל, הידרוקסילציות אחראיות להצטברות של חומרים ביולוגיים שונים באורגניזם. הפרעות בתגובות אלה עלולות להוביל לבעיות בריאותיות חמורות.

מחלות ומחלות

הידרוקסילציות רבות מייצגות שלבי ביניים חשובים בחילוף החומרים.אם מתרחשות הפרעות בהידרוקסילציה, גם שלבי התגובה הבאים עוצרים. כתוצאה מהפרעות מסוג זה עלולות להופיע לקויות בריאותיות משמעותיות. לדוגמא, עכבה של ההידרוקסי ליס של פרולין וליזין בקולגן של רקמת החיבור מובילה לחולשה של רקמת החיבור. במקרים מסוימים, ניתן להרחיב יתר על גבי רקמת החיבור. העור יכול לשקוע והאיברים הפנימיים כבר אינם מוגנים באופן אופטימלי על ידי רקמת החיבור.

ישנן מוטציות רבות, גם אם נדירות מאוד, אשר גורמות לפגמים במבנה האנזימים ליזין הידרוקסילאז או פרולין הידרוקסילאז. כל פגם גנטי בודד מראה סימפטומים שונים. עם זאת, המשותף לכולם הוא חולשת רקמת החיבור. הסימפטומים האחרים מגוונים.

צפדינה הינה חולשה ברקמות חיבור נרכשות, צפדינה מתרחשת כאשר יש מחסור בוויטמין C. ויטמין C או חומצה אסקורבית תומכים בשני ההידרוקסילאזים שהוזכרו לעיל. אם הגוף אינו מסופק עם ויטמין C, ליזין ופרולין הידרוקסילאז כמעט ולא יכולים לתמוך בהידרוקסילציה של ליזין ופרולין. רקמת החיבור, כמו שאר הרקמות בגוף, נתונה לתהליכי הצטברות ופירוק מתמידים. אם יש מחסור ממושך בוויטמין C, נוצרת רקמת חיבור חלשה מכיוון שההידרוקסילציה כבר לא עובדת. ישנם תסמינים חמורים רבים עם דלקות תכופות, תשישות, פצעים ריפוי בצורה לא טובה, בעיות עור, פירוק שרירים, חניכיים מדממות, חום גבוה ועוד ועוד. עם זאת, תסמינים אלה נעלמים לאחר מתן ויטמין C.

מחלה נוספת הקשורה להפרעות בהידרוקסילציה היא פניל-קטונוריה. בפניל-קטונוריה, חומצת האמינו פניל-אלנין כבר לא יכולה להתפרק מספיק מכיוון שהאנזים פניל-אלנין הידרוקסילאז (PAH) נעדר או אינו תקין. פנילאלנין מזיק בריכוזים גבוהים יותר. יש ליקוי בהתפתחות המוח. צמיחת הגולגולת נעצרת גם היא. התוצאה היא נכות שכלית. תזונה דלה בפנילאלנין בילדות יכולה למנוע את הופעת המחלה.

אם לא ניתן לעשות הידרוקסילציה של טירוזין מכיוון שחסר טירוזין הידרוקסילאז (TYH), מתפתחת תסמונת Segawa הנדירה ביותר. הדופמין המוליך העצבי כבר לא מיוצר בכמויות מספיקות. התסמינים הם מעבר לא יציב ותסמינים דמויי פרקינסון.

אם כבר לא ניתן להידרקסילציה של טריפטופן בגלל המחסור באנזים טריפטופן הידרוקסילאז, נוצר מעט מדי סרוטונין. דיכאון שכיח. לבסוף, הפרעות בהידרוקסילציה של פרוגסטרון עלולות להוביל למחלות הקשורות להורמונים.