Hydroxylation

Hydroxylations sont des réactions chimiques dans lesquelles des groupes hydroxyle sont introduits dans une molécule. Dans le cadre du métabolisme, les enzymes catalysent l'hydroxylation. Les enzymes correspondantes sont appelées hydroxylases.

Qu'est-ce que l'hydroxylation?

Les hydroxylations sont très courantes en chimie et en biochimie. En général, l'hydroxylation signifie l'introduction d'un ou plusieurs groupes hydroxyle dans une molécule. Le groupe hydroxyle se compose d'un atome d'hydrogène et d'un atome d'oxygène. Par exemple, l'oxydation catalytique du méthane produit l'alcool méthanol. L'addition catalytique d'une molécule d'eau à l'éthène produit de l'éthanol.

Dans les processus biochimiques, l'ajout d'un groupe hydroxyle est soutenu catalytiquement par des soi-disant hydroxylases. À l'aide d'hydroxylases, par exemple, certains acides aminés peuvent être convertis en principes actifs importants dans l'organisme. Par exemple, la phénylalanine est convertie en tyrosine et la tyrosine à son tour en DOPA par hydroxylation. Les enzymes correspondantes sont la phénylalanine hydroxylase et la tyrosine hydroxylase. Le tryptophane est converti en 5-hydroxytryptophane à l'aide de la tryptophane hydroxylase.

Dans le tissu conjonctif, les acides aminés proline et lysine sont convertis en hydroxyproline et hydroxylysine par hydroxylation. Les acides aminés hydroxylés y assurent la forte réticulation du collagène et donc également la solidité du tissu conjonctif.

Une autre réaction d'hydroxylation importante est la conversion de la progestérone en corticostéroïdes.

Fonction et tâche

Les hydroxylations sont des réactions biochimiques très importantes. La force du tissu conjonctif dépend des réactions d'hydroxylation. Les acides aminés proline et lysine sont présents en fortes concentrations dans le collagène du tissu conjonctif. Les deux composés peuvent facilement être pourvus d'un groupe hydroxyle supplémentaire en utilisant des hydroxylases. L'hydroxylation a lieu au sein de la protéine. L'hydroxyproline est formée à partir de la proline et de l'hydroxylysine à partir de la lysine. Les enzymes proline hydroxylase et lysine hydroxylase en sont responsables à l'aide de l'acide ascorbique (vitamine C). Les groupes hydroxyle forment des points de fixation pour les résidus de sucre ou garantissent que les molécules de protéines individuelles sont liées. Cette mise en réseau se traduit par un tissu conjonctif solide et flexible.

Une autre réaction d'hydroxylation est la conversion de l'acide aminé phénylalanine en tyrosine, réaction importante pour les organismes eucaryotes, car des concentrations élevées de phénylalanine dans la cellule sont nocives. La tyrosine est ensuite hydroxylée en L-DOPA. La L-DOPA est une catécholamine et le précurseur de la dopamine. Les acides aminés importants sont finalement convertis en neurotransmetteurs par hydroxylation.

Il en est de même pour l'hydroxylation de l'acide aminé tryptophane en 5-hydroxytryptophane. Ce composé représente à son tour un précurseur de la sérotonine, un autre neurotransmetteur et une hormone tissulaire.

Enfin, l'hormone sexuelle progestérone est convertie en corticostéroïdes par hydroxylation, qui, en tant qu'hormones, accomplissent diverses tâches dans le corps. Ceux-ci incluent le cortisol glucocorticoïde et l'aldostérone minéralocorticoïde. Ces hormones sont synthétisées par l'hydroxylation de la progestérone et la conversion des groupes hydroxyle en groupes céto ou aldéhyde.

Dans l'ensemble, l'hydroxylation est responsable de l'accumulation de différents agents biologiques dans l'organisme. Les perturbations de ces réactions peuvent entraîner de graves problèmes de santé.

Maladies et affections

De nombreuses hydroxylations représentent des étapes intermédiaires importantes du métabolisme. Si des perturbations surviennent dans l'hydroxylation, les étapes de réaction suivantes sont également inhibées. À la suite de tels troubles, des troubles de santé importants peuvent survenir. Par exemple, une inhibition de l'hydroxylysie de la proline et de la lysine dans le collagène du tissu conjonctif conduit à une faiblesse du tissu conjonctif. Dans certains cas, le tissu conjonctif peut être trop étiré. La peau peut s'affaisser et les organes internes ne sont plus protégés de manière optimale par le tissu conjonctif.

Il existe de nombreuses mutations, mais toutes très rares, qui entraînent des défauts dans la structure des enzymes lysine hydroxylase ou proline hydroxylase. Chaque défaut génétique montre des symptômes différents. Ce qu'ils ont tous en commun, cependant, c'est la faiblesse du tissu conjonctif. Les autres symptômes sont variés.

Le scorbut est une faiblesse acquise du tissu conjonctif. Le scorbut survient lorsqu'il y a un manque de vitamine C. La vitamine C ou l'acide ascorbique soutient les deux hydroxylases mentionnées ci-dessus. Si le corps n'est pas alimenté en vitamine C, la lysine et la proline hydroxylase peuvent difficilement soutenir l'hydroxylation de la lysine et de la proline. Le tissu conjonctif, comme les autres tissus du corps, est soumis à des processus constants d'accumulation et de dégradation. Si la vitamine C manque pendant une période plus longue, un tissu conjonctif faible est créé car l'hydroxylation ne fonctionne plus. Il existe de nombreux symptômes graves avec des infections fréquentes, l'épuisement, des plaies mal cicatrisées, des problèmes de peau, une dégradation musculaire, des saignements des gencives, une forte fièvre et bien plus encore. Cependant, ces symptômes disparaissent après l'administration de vitamine C.

Une autre maladie liée aux troubles de l'hydroxylation est la phénylcétonurie. Dans la phénylcétonurie, l'acide aminé phénylalanine ne peut plus être suffisamment dégradé car l'enzyme phénylalanine hydroxylase (PAH) est soit absente, soit défectueuse. La phénylalanine est nocive à des concentrations plus élevées. Le développement du cerveau est altéré. La croissance du crâne est également stoppée. Le résultat est une déficience intellectuelle. Un régime pauvre en phénylalanine pendant l'enfance peut empêcher l'apparition de la maladie.

Si la tyrosine ne peut pas être hydroxylée en raison de l'absence de tyrosine hydroxylase (TYH), le très rare syndrome de Segawa se développe. Le neurotransmetteur dopamine n'est plus produit en quantité suffisante. Les symptômes sont une démarche instable et des symptômes de type Parkinson.

Si le tryptophane ne peut plus être hydroxylé en raison du manque d'enzyme tryptophane hydroxylase, trop peu de sérotonine se forme. La dépression est courante. Enfin, des perturbations de l'hydroxylation de la progestérone peuvent conduire à des maladies hormonales.