hüdrolüüs tähistab keemilise ühendi jagunemist väiksemateks molekulideks koos vee imendumisega. Hüdrolüüsil on oluline roll nii anorgaanilises piirkonnas kui ka bioloogias. Elusorganismides toimub hüdrolüütiline lõhustamine ensüümide mõjul.
Mis on hüdrolüüs?
Hüdrolüüsi ajal jagunevad keemilised ühendid vee imendumisel väiksemateks molekulideks. See kehtib nii anorgaaniliste kui ka bioloogiliste piirkondade kohta. Üks osa molekulist ühendub hüdroksüülrühmaga (OH-rühm) ja teine osa molekulist vesinikuiooniga (H +). Neutraalsete molekulide saamiseks migreerub hüdroksüülrühma elektron formaalselt prootoni.
Need reaktsioonid ei toimu tavaliselt ühes etapis. Lihtsate reaktsioonide korral on vaja teha vaid mõned sammud, keerukate konversioonide korral aga alati katalüsaator, mis jääb samaks pärast kõigi reaktsioonietappide lõppu.
Bioloogias on hüdrolüüs sageli polümeeride või komposiitühendite lagunemine. Kolm kõige olulisemat toitainet, süsivesikud (polüsahhariidid), rasvad või valgud, lagundatakse hüdrolüütiliselt.
Elustes süsteemides toimuvad reaktsioonid alati ensüümide juuresolekul. Ensüümid on katalüsaatorid, mis pärast hüdrolüütilist lõhustamist on jälle muutumatud ja on saadaval järgmisesse reaktsiooni.
Hüdrolüüsi tagasikäik annab vett ja seda nimetatakse kondensatsiooniks.
Funktsioon ja ülesanne
Hüdrolüüs on bioloogiliste süsteemide üks põhireaktsioone. Need tagavad, et suured biomolekulid muutuvad pidevalt monomeerideks, nii et neid saaks kasutada keha enda ainete tootmiseks või nende lagunemise kaudu keha energiaga varustamiseks. Seetõttu on hüdrolüüsil kehas keskne roll.
Pärast söömist lagundatakse olulised toitained süsivesikud, rasvad ja valgud hüdrolüüsi teel üksikuteks komponentideks. Näiteks süsivesikute puhul jaotatakse polüsahhariidid vee imendumisel monomeerideks glükoosiks. Rasvad on rasvhapetega esterdatud glütseriin, hüdrolüütiline lõhustamine annab üksikute rasvhapete ja glütseriini. Valgud on peptiidsete aminohapete ahelad, mis jagunevad hüdrolüütiliselt üksikuteks aminohapeteks. Ensüümid osalevad kõigis keha hüdrolüütilistes reaktsioonides. Ensüümid on valgud, mis toetavad reaktsioone katalüütiliselt. Pärast hüdrolüüsi ensüümid ei muutu.
Hüdrolüüs ei toimu ainult toidu seedimisel. Üldise metabolismi osana toimuvad kehas pidevad hüdrolüüsid ja kondensatsioonireaktsioonid. Ensüüme, mis katalüüsivad hüdrolüüsi, nimetatakse hüdrolaasideks.Hüdrolaasid saab omakorda jagada peptidaasideks, esteraasideks või glükosidaasideks. Muu hulgas lagundavad peptidaasid valke individuaalsete aminohapete moodustumisega. Esteraasid omakorda võivad rasvad lagundada rasvhapeteks ja glütseriiniks. Siis on see lipaasid. Glükosidaasid lõhestavad glükosiidsed ühendid. Need on kas polüsahhariidid, milles mitmed suhkru molekulid on üksteisega glükosiidselt seotud, või ühendid, millel on glükosiidside suhkrukomponendi ja mitte-suhkrukomponendi vahel. Seetõttu on amülaas, mis muudab tärklise glükoosiks, üks glükosidaasidest.
Muud hüdrolaasid on fosfataasid ja nukleaasid. Fosfataasid jaotavad fosfaatrühmad hüdrolüütiliselt. Selle reaktsiooni heaks näiteks on ATP (adenosiintrifosfaadi) muundamine ADP-ks (adenosiindifosfaat). Üldiselt toimub hüdrolüüs alati energia vabanemisega. See on eriti ilmne reaktsioonis ATP-st ADP-le. Kuna see muundamine varustab ATP-s varem talletatud energiat muude biokeemiliste reaktsioonide, soojuse tekke või mehaaniliste liikumiste jaoks. Nukleaaside täieliku lagunemise eest vastutavad nukleaasid. Need jagunevad jällegi ribonukleaasideks ja desoksüribonukleaasideks. Mõlemad ensüümigrupid lõhestavad hüdrolüütiliselt nukleiinhappemolekuli fosfodiestersidemeid, moodustades üksikud nukleotiidid.
Haigused ja tervisehäired
Kuna inimkehas toimuvad pidevalt hüdrolüüsireaktsioonid, on selles kontekstis võimalikud ka mitmesugused haigused. Lagundamine ja paljud vahereaktsioonid ainevahetuses on hüdrolüüsireaktsioonid. Iga reaktsiooni etapi jaoks on olemas spetsiaalsed ensüümid. Ensüümid on siiski valgud, mille funktsiooni võivad geneetilised muutused ka piirata. Iga ensüümi rike või puudus võib tervisele surmaga lõppeda.
Ensüüme peab mõnikord esinema suurtes kogustes, nii et nende sekretsiooniks on vajalik terve organ. See kehtib muu hulgas kõhunäärme seedeensüümide kohta. Kõhunääre või kõhunääre toodab peamiselt lipaase ja peptidaase. Suuresti vastutab maost tuleva pudru seedimise eest. Rasvad ja valgud jaotatakse üksikuteks komponentideks. Keha imendab aminohappeid, rasvhappeid, glütseriini ja glükoosi, mis moodustuvad peensoole kaudu. Kõhunäärmehaiguste korral esinevad massilised seedeprobleemid koos kõhulahtisuse, kõhupuhituse ja tugeva kõhuvaluga. Rasvade lagunemise puudumine võib põhjustada rasvaseid väljaheiteid.
Pankreatiidi ägedas vormis (pankreatiit) võib kõhunääre ennast isegi seedida, lõppedes surmaga. Seedemahlade vaba voolamist peensooles võivad mitmesugused põhjused häirida. Need kogunevad kõhunäärmes ja lahustuvad täielikult. Isegi pankreatiidi krooniliste vormide korral toimub pidev osaline lahutamine.
Mitokondriopaatiad on veel üks näide hüdrolüütiliste protsessidega seotud haigusest. ATP sünteesi häirete tõttu võivad ATP-st ADP-d energiat tarnivad reaktsioonid toimuda ainult piiratud määral. Mitokondriaalsed haigused väljenduvad s.t. kroonilise väsimuse ja nõrkuse korral.
