hydrolýza

hydrolýza predstavuje rozdelenie chemickej zlúčeniny na menšie molekuly s absorpciou vody. Hydrolýzy hrajú dôležitú úlohu v anorganickej oblasti, ako aj v biológii. V živých organizmoch dochádza k hydrolytickému štiepeniu pod vplyvom enzýmov.

Čo je to hydrolýza?

Počas hydrolýzy sa chemické zlúčeniny pri absorpcii vody rozdeľujú na menšie molekuly. Platí to pre anorganické aj biologické oblasti. Jedna časť molekuly sa pripája k hydroxylovej skupine (skupina OH) a druhá časť molekuly sa viaže k vodíkovému iónu (H +). Aby sa získali neutrálne molekuly, elektrón hydroxylovej skupiny formálne migruje na protón.

Tieto reakcie sa zvyčajne neuskutočňujú v jednom kroku. Pri jednoduchých reakciách je potrebných iba niekoľko krokov, zatiaľ čo pri komplikovaných konverziách je vždy zahrnutý katalyzátor, ktorý zostáva nezmenený po dokončení všetkých reakčných krokov.

V biológii je hydrolýza často rozkladom vysoko polymérnych alebo kompozitných zlúčenín. Tri najdôležitejšie živiny, uhľohydráty (polysacharidy), tuky a bielkoviny, sa hydrolyticky rozkladajú.

V živých systémoch sa reakcie vždy uskutočňujú v prítomnosti enzýmov. Enzýmy sú katalyzátory, ktoré sú po hydrolytickom štiepení opäť nezmenené a sú dostupné pre ďalšiu reakciu.

Reverzná hydrolýza poskytuje vodu a je známa ako kondenzácia.

Funkcia a úloha

Hydrolýza je jednou zo základných reakcií v biologických systémoch. Zabezpečujú, aby sa veľké biomolekuly neustále premieňali na monoméry, takže ich možno použiť buď na tvorbu vlastných látok v tele, alebo ich rozpadom na zásobovanie tela energiou. Preto zohrávajú v tele ústrednú úlohu hydrolýzy.

Po jedle sa dôležité živiny uhľohydráty, tuky a bielkoviny hydrolyzujú na jednotlivé zložky. Napríklad v prípade uhľohydrátov sa polysacharidy pri absorpcii vody štiepia na monomérnu glukózu. Tuky sú glycerín esterifikované mastnými kyselinami a hydrolytickým štiepením vznikajú jednotlivé mastné kyseliny a glycerín. Proteíny sú reťazce peptidických aminokyselín, ktoré sa počas trávenia trávia hydrolyticky na jednotlivé aminokyseliny. Enzýmy sa podieľajú na všetkých hydrolytických reakciách v tele. Enzýmy sú proteíny, ktoré katalyzujú reakcie. Po hydrolýze sa enzýmy nezmenili.

Hydrolýzy sa nevyskytujú iba pri trávení potravín. V tele sa v rámci celkového metabolizmu vyskytujú neustále hydrolyzačné a kondenzačné reakcie. Enzýmy, ktoré katalyzujú hydrolýzu, sa nazývajú hydrolázy.Hydrolázy sa môžu ďalej deliť na peptidázy, esterázy alebo glykozidázy. Peptidázy okrem iného štiepia proteíny za vzniku jednotlivých aminokyselín. Esterázy môžu zase štiepiť tuky na mastné kyseliny a glycerín. Potom sú to lipázy. Glykozidázy štiepia glykozidické zlúčeniny. Sú to buď polysacharidy, v ktorých je niekoľko molekúl cukru vzájomne glykozidovo spojených, alebo zlúčeniny, ktoré majú glykozidovú väzbu medzi cukrovou zložkou a necukrovou zložkou. Preto je amyláza, ktorá premieňa škrob na glukózu, jednou z glykozidáz.

Ďalšími hydrolázami sú fosfatázy a nukleázy. Fosfatázy hydrolyticky štiepia fosfátové skupiny. Dobrým príkladom tejto reakcie je konverzia ATP (adenozíntrifosfát) na ADP (adenozín difosfát). Celkovo sa hydrolýza uskutočňuje vždy s uvoľňovaním energie. Toto je zvlášť zrejmé pri reakcii z ATP na ADP. Pretože táto premena dodáva energiu predtým uloženú v ATP na ďalšie biochemické reakcie, tvorbu tepla alebo mechanické pohyby. Nukleázy sú zodpovedné za úplné rozdelenie nukleových kyselín. Tieto sa opäť delia na ribonukleázy a deoxyribonukleázy. Obe skupiny enzýmov hydrolyticky štiepia fosfodiesterové väzby v molekule nukleovej kyseliny za vzniku jednotlivých nukleotidov.

Choroby a choroby

Pretože v ľudskom tele neustále prebiehajú hydrolytické reakcie, v tomto kontexte sú možné aj rôzne choroby. Trávenie a mnoho prechodných reakcií v metabolizme sú hydrolytické reakcie, pre každý reakčný krok existujú špeciálne enzýmy. Enzýmy sú však proteíny, ktoré môžu byť vo svojej funkcii obmedzené aj genetickými zmenami. Zlyhanie alebo nedostatok každého jednotlivého enzýmu môže mať fatálne následky na zdravie.

Enzýmy musia byť niekedy prítomné vo veľkých množstvách, takže na ich sekréciu je potrebný celý orgán. To sa okrem iného týka aj tráviacich enzýmov v pankrease. Pankreas alebo pankreas produkuje hlavne lipázy a peptidázy. To je do značnej miery zodpovedné za trávenie kaše vychádzajúcej zo žalúdka. Tuky a bielkoviny sa členia na jednotlivé zložky. Telo absorbuje aminokyseliny, mastné kyseliny, glycerín a glukózu, ktoré sa tvoria v tenkom čreve. Pri ochoreniach pankreasu sa vyskytujú masívne tráviace problémy s hnačkou, plynatosťou a silnou bolesťou brucha. Nedostatok tukov môže viesť k mastným stoliciam.

Pri akútnej forme zápalu podžalúdkovej žľazy (pankreatitída) sa môže pankreas dokonca smrteľne stráviť. Voľný tok tráviacich štiav do tenkého čreva môže byť narušený rôznymi príčinami. Zhromažďujú sa v pankrease a úplne sa rozpúšťajú. Aj pri chronických formách pankreatitídy dochádza k čiastočnému rozpúšťaniu.

Mitochondriopatie sú ďalším príkladom ochorenia, pokiaľ ide o hydrolytické procesy, pretože v dôsledku narušenia syntézy ATP môžu reakcie dodávajúce energiu z ATP na ADP prebiehať iba v obmedzenej miere. Mitochondriopatie sa vyjadrujú i.a. pri chronickej únave a slabosti.