Hüdrolüüs: funktsioon, ülesanded, roll ja haigused

Hüdrolüüs tähistab keemilise ühendi jagunemist väiksemateks molekulid koos kaasamisega vesi. Hüdrolüüsil on suur roll nii anorgaanilises valdkonnas kui ka bioloogias. Elusorganismides toimub hüdrolüütiline lõhustamine ensüümide.

Mis on hüdrolüüs?

Hüdrolüüs tähistab keemilise ühendi lõhustamist väiksemateks molekulid koos kaasamisega vesi. Elusorganismides toimub hüdrolüütiline lõhustamine ensüümide. Hüdrolüüsil jagunevad keemilised ühendid väiksemateks molekulid neeldudes vesi. See kehtib nii anorgaanilises kui ka bioloogilises valdkonnas. Selles protsessis ühendub üks osaline molekul hüdroksüülrühmaga (OH-rühm) ja teine ​​osaline molekul vesinik ioon (H +). Neutraalsete molekulide saamiseks migreerub hüdroksüülrühma elektron ametlikult prootonisse. Need reaktsioonid ei toimu tavaliselt ühes etapis. Lihtsate reaktsioonide korral on vaja ainult mõnda sammu, samas kui keerulised konversioonid hõlmavad alati katalüsaatorit, mis jääb muutumatuks pärast kõigi reaktsioonietappide lõppu. Bioloogias hõlmab hüdrolüüs sageli väga polümeersete või liitühendite lagundamist. Kolm kõige olulisemat toitainet süsivesikuid (polüsahhariidid), rasvad või valgud on hüdrolüütiliselt lagunenud. Elusüsteemides toimuvad reaktsioonid alati nende juuresolekul ensüümide. Ensüümid esindavad katalüsaatoreid, mis on pärast hüdrolüütilist lõhustamist jälle muutmata kujul saadaval ja on valmis järgmiseks reaktsiooniks. Hüdrolüüsi tagasikäik annab vett ja seda nimetatakse kondensatsiooniks.

Funktsioon ja ülesanne

Hüdrolüüsid on bioloogiliste süsteemide põhireaktsioonid. Nad tagavad, et suured biomolekulid muudetakse pidevalt monomeerideks, mida kasutatakse kas endogeensete ainete ehitamiseks või nende lagunemise kaudu keha energiaga varustamiseks. Seetõttu on hüdrolüüsil kehas keskne roll. Näiteks pärast söömist olulised toitained süsivesikuid, rasvad ja valgud jaotatakse hüdrolüüsi teel nende üksikuteks komponentideks. Juhul kui süsivesikuidnäiteks polüsahhariidid monomeeridesse glükoos toimub veega absorptsioon. Rasvad esindavad glütserool esterdatud rasvhapped. Hüdrolüütiline lõhustamine toodab indiviidi rasvhapped ja glütserool. Valgud on peptiidselt seotud ahelad aminohapped mis lõhustatakse seedimise käigus hüdrolüütiliselt üksikuteks aminohapeteks. Ensüümid osalevad kõigis organismi hüdrolüütilistes reaktsioonides. Ensüümid on valgud, mis toetavad reaktsioone katalüütiliselt. Pärast hüdrolüüsi on ensüümid muutumatul kujul. Hüdrolüüs ei toimu ainult toidu seedimisel. Hüdrolüüsi- ja kondensatsioonireaktsioonid toimuvad kehas üldise ainevahetuse osana pidevalt. Hüdrolüüsi katalüüsivaid ensüüme nimetatakse hüdrolaasideks. Hüdrolaasid võib omakorda jagada peptidaasideks, esteraasideks või glükosidaasideks. Muu hulgas lagundavad peptidaasid valke, moodustades individuaalsed vormid aminohapped. Esteraasid võivad aga rasvu lagundada rasvhapped ja glütserool. Sel juhul on need lipaasid. Glükosidaasid lagundavad glükosiidühendeid. Need on mõlemad polüsahhariidid, milles mitu suhkur molekulid on seotud glükosiidiga või ühendid, millel on suhkru ja mittesuhkrulise osa vahel glükosiidne side. Seetõttu hõlmavad glükosidaasid amülaas, mis muundab tärklise glükoos. Muude hüdrolaaside hulka kuuluvad fosfataasid ja nukleaasid. Fosfataasid lõhustuvad hüdrolüütiliselt fosfaat rühmadesse. Selle reaktsiooni heaks näiteks on ATP konversioon (adenosiin trifosfaat) ADP-ks (adenosiindifosfaat). Üldiselt toimivad hüdrolüüsid alati energia eraldumisega. See on eriti selge ATP reaktsioonis ADP-ga. Seda seetõttu, et see muundamine annab varem ATP-sse salvestatud energia muudeks biokeemilisteks reaktsioonideks, soojuse tekitamiseks või mehaanilisteks liikumisteks. Nukleaasid vastutavad metaboliidi täieliku lagundamise eest nukleiinhapped. Need jagunevad jällegi ribonukleaasideks ja deoksüribonukleaasideks. Mõlemad ensüümide rühmad lõhustavad hüdrolüütiliselt fosfodiestersidemed nukleiinhappemolekulis, moodustades üksikud nukleotiidid.

Haigused ja häired

Kuna hüdrolüüsireaktsioonid toimuvad inimkehas pidevalt, on selles kontekstis võimalikud ka mitmesugused haigused. Seedimine ja paljud metabolismi vahepealsed reaktsioonid esindavad hüdrolüüsireaktsioone. Iga reaktsioonietapi jaoks on olemas spetsiaalsed ensüümid. Ensüümid on aga valgud, mille funktsiooni võivad piirata ka geneetilised muutused. Iga üksiku ensüümi ebaõnnestumine või defitsiit võib põhjustada surmaga lõppevaid tagajärgi tervis. Ensüüme peab mõnikord leiduma suurtes kogustes, nii et nende sekretsiooniks on vajalik terve organ. See kehtib seedeensüümid pankrease hulgas. Pankreas toodab peamiselt lipaase ja peptidaase. See vastutab suures osas toidust pärineva toidumassi seedimise eest kõht. Rasvad ja valgud jagunevad nende üksikuteks komponentideks. Keha neelab aminohapped, rasvhapped, glütserool ja glükoos moodustatud peensoolde. Kõhunäärmehaiguste korral tekivad massilised seedetrakti kaebused kõhulahtisus, puhitus ja raske kõhuvalu. Rasvade lagunemise puudumise tõttu võib tekkida rasvane väljaheide. Ägedas vormis pankreatiit, on võimalik isegi surmaga lõppeva pankrease seedimine ise. Erinevatel põhjustel võib seedemahlade vaba väljavool peensoolde võivad olla häiritud. Nad kogunevad kõhunäärmes ja lahustavad selle täielikult. Kroonilistes vormides pankreatiit, toimub ka pidev osaline lahustumine. Veel ühte hüdrolüütiliste protsessidega seotud haiguse näidet esindavad mitokondriopaatiad. ATP sünteesi häirete tõttu võivad ATP ja ADP energiavarustuse reaktsioonid toimuda ainult piiratud ulatuses. Mitokondriopaatiad avalduvad krooniline väsimus ja nõrkus, teiste sümptomite hulgas.