hydrolyysi tarkoittaa kemiallisen yhdisteen jakautumista pienemmiksi molekyyleiksi veden imeytymisen yhteydessä. Hydrolyyseillä on tärkeä rooli epäorgaanisella alueella sekä biologiassa. Elävissä organismeissa hydrolyyttinen pilkkominen tapahtuu entsyymien vaikutuksesta.
Mikä on hydrolyysi?
Hydrolysoinnin aikana kemialliset yhdisteet jaetaan pienempiin molekyyleihin, kun vesi imeytyy. Tämä koskee sekä epäorgaanisia että biologisia alueita. Yksi osa molekyylistä yhdistyy hydroksyyliryhmään (OH-ryhmä) ja toinen osa molekyylistä yhdistyy vetyioniin (H +). Neutraalien molekyylien saamiseksi hydroksyyliryhmän elektroni siirtyy muodollisesti protoniin.
Nämä reaktiot eivät yleensä tapahdu yhdessä vaiheessa. Yksinkertaisilla reaktioilla tarvitaan vain muutama vaihe, kun taas monimutkaisissa muunnoksissa on aina mukana katalyytti, joka pysyy muuttumattomana kaikkien reaktiovaiheiden loppuunsaattamisen jälkeen.
Biologiassa hydrolyysi on usein erittäin polymeeristen tai komposiittiyhdisteiden hajoamista. Kolme tärkeintä ravintoainetta, hiilihydraatit (polysakkaridit), rasvat ja proteiinit, hajoavat hydrolyyttisesti.
Elävissä järjestelmissä reaktiot tapahtuvat aina entsyymien läsnä ollessa. Entsyymit ovat katalyyttejä, jotka ovat jälleen muuttumattomia hydrolyyttisen pilkkomisen jälkeen ja ovat käytettävissä seuraavaa reaktiota varten.
Hydrolysoinnin kääntö tuottaa vettä ja tunnetaan kondensaationa.
Toiminto ja tehtävä
Hydrolyysi on yksi biologisten järjestelmien perusreaktioista. Ne varmistavat, että suuret biomolekyylit muuttuvat jatkuvasti monomeereiksi, jotta niitä voidaan joko käyttää kehon omien aineiden rakentamiseen tai toimittaa keholle energiaa hajoamisensa kautta. Siksi hydrolyysillä on keskeinen rooli kehossa.
Syömisen jälkeen tärkeät ravintoaineet hiilihydraatit, rasvat ja proteiinit hajoavat niiden yksittäisiksi komponenteiksi hydrolyysin avulla. Esimerkiksi hiilihydraattien tapauksessa polysakkaridit hajoavat glukoosimonomeereiksi veden imeytyessä. Rasvat ovat rasvahapoilla esteröityä glyseriiniä, hydrolyyttinen pilkkoutuminen tuottaa yksittäiset rasvahapot ja glyseriinin. Proteiinit ovat peptidisten aminohappojen ketjuja, jotka hydrolyyttisesti jakautuvat yksittäisiksi aminohapoiksi ruuansulatuksen aikana. Entsyymit osallistuvat kaikkiin kehon hydrolyyttisiin reaktioihin. Entsyymit ovat proteiineja, jotka tukevat katalyyttisesti reaktioita. Hydrolysoinnin jälkeen entsyymit ovat muuttumattomia.
Hydrolyysi ei tapahdu vain ruuansulatuksessa. Osana yleistä aineenvaihduntaa kehossa tapahtuu jatkuvia hydrolyysi- ja kondensaatioreaktioita. Entsyymejä, jotka katalysoivat hydrolyysiä, kutsutaan hydrolaaseiksi.Hydrolaasit voidaan vuorostaan jakaa peptidaaseihin, esteraaseihin tai glykosidaaseihin. Muun muassa peptidaasit hajottavat proteiineja muodostaen yksittäisiä aminohappoja. Esteraasit puolestaan voivat hajottaa rasvat rasvahapoiksi ja glyseriiniksi. Sitten se on lipaaseja. Glykosidaasit jakoivat glykosidiset yhdisteet. Nämä ovat joko polysakkaridit, joissa useita sokerimolekyylejä on glykosidisesti kytketty toisiinsa, tai yhdisteet, joilla on glykosidinen sidos sokerikomponentin ja muun kuin sokerikomponentin välillä. Siksi amylaasi, joka muuntaa tärkkelyksen glukoosiksi, on yksi glykosidaaseista.
Muita hydrolaaseja ovat fosfataasit ja nukleaasit. Fosfataasit jakaa fosfaattiryhmät hydrolyyttisesti. Hyvä esimerkki tästä reaktiosta on ATP: n (adenosiinitrifosfaatin) muutos ADP: ksi (adenosiinidifosfaatti). Kaiken kaikkiaan hydrolyysi tapahtuu aina energian vapautumisen yhteydessä. Tämä on erityisen selvää reaktiossa ATP: stä ADP: ksi. Koska tämä muuntaminen toimittaa ATP: hen aikaisemmin varastoidun energian muihin biokemiallisiin reaktioihin, lämmöntuotantoon tai mekaanisiin liikkeisiin. Nukleaasit ovat vastuussa nukleiinihappojen täydellisestä hajoamisesta. Nämä jaetaan jälleen ribonukleaaseiksi ja deoksiribonukleaaseiksi. Molemmat entsyymiryhmät jakavat hydrolyyttisesti fosfodiesterisidokset nukleiinihappomolekyylissä yksittäisten nukleotidien muodostamiseksi.
Sairaudet ja vaivat
Koska hydrolyysireaktioita tapahtuu jatkuvasti ihmiskehossa, erilaiset sairaudet ovat myös mahdollisia tässä yhteydessä. Digestointi ja monet väliainereaktiot aineenvaihdunnassa ovat hydrolyysireaktioita, jokaiselle reaktiovaiheelle on erityiset entsyymit. Entsyymit ovat kuitenkin proteiineja, joiden toimintaa voidaan rajoittaa myös geneettisillä muutoksilla. Jokaisella entsyymillä voi puuttua terveyteen.
Entsyymien on toisinaan oltava läsnä suurina määrinä, jotta kokonainen elin on tarpeen niiden eritykseen. Tämä koskee muun muassa haiman ruuansulatusentsyymejä. Haima tai haima tuottaa pääasiassa lipaaseja ja peptidaaseja. Se on suuresti vastuussa mahalaukusta tulevan ruoan sulamisesta. Rasvat ja proteiinit jaotellaan yksittäisiin komponentteihin. Keho imee aminohapot, rasvahapot, glyseriinin ja glukoosin, jotka muodostuvat ohutsuolen kautta. Haiman sairauksissa esiintyy massiivisia ruuansulatuksellisia ongelmia, ripulia, ilmavaivat ja vaikea vatsakipu. Rasvan hajoamisen puute voi johtaa rasvaiseen ulosteeseen.
Haiman tulehduksen (haimatulehdus) akuutissa muodossa haima voi jopa sulattaa itsensä ja johtaa kuolemaan johtavaan lopputulokseen. Ruoansulatusmehujen vapaa virtaus ohutsuoleen voidaan häiritä useista syistä. Ne kerääntyvät haimaan ja liukenevat kokonaan. Jopa kroonisen haimatulehduksen yhteydessä, osittainen ratkaisu on jatkuvaa.
Mitokondriopatiat ovat toinen esimerkki hydrolyyttisiin prosesseihin liittyvästä sairaudesta. ATP-synteesin häiriöiden takia energiaa toimittavat reaktiot ATP: stä ADP: hen voivat tapahtua vain rajoitetusti. Mitokondriaaliset sairaudet ilmenevät mm. krooninen väsymys ja heikkous.
