hidrolīze

hidrolīze ir ķīmiska savienojuma sadalīšana mazākās molekulās līdz ar ūdens absorbciju.Hidrolīzēm ir svarīga loma neorganiskajā apgabalā, kā arī bioloģijā. Dzīvos organismos hidrolītiskā šķelšanās notiek fermentu ietekmē.

Kas ir hidrolīze?

Hidrolīzes laikā, absorbējot ūdeni, ķīmiskie savienojumi tiek sadalīti mazākās molekulās. Tas attiecas gan uz neorganiskām, gan uz bioloģiskām jomām. Viena molekulas daļa savienojas ar hidroksilgrupu (OH grupu), bet otra molekulas daļa savienojas ar ūdeņraža jonu (H +). Lai iegūtu neitrālas molekulas, hidroksilgrupas elektrons formāli migrē uz protonu.

Šīs reakcijas parasti nenotiek vienā solī. Ar vienkāršām reakcijām ir vajadzīgas tikai dažas darbības, savukārt ar sarežģītu pārveidošanu vienmēr tiek iesaistīts katalizators, kas paliek nemainīgs pēc visu reakcijas posmu pabeigšanas.

Bioloģijā hidrolīze bieži ir ļoti polimēru vai saliktu savienojumu sadalīšanās. Trīs vissvarīgākās barības vielas - ogļhidrāti (polisaharīdi), tauki vai olbaltumvielas - tiek sadalīti hidrolītiski.

Dzīvajās sistēmās reakcijas vienmēr notiek fermentu klātbūtnē. Fermenti ir katalizatori, kas pēc hidrolītiskās šķelšanas atkal nemainās un ir pieejami nākamajai reakcijai.

Hidrolīzes pretējā puse rada ūdeni un to sauc par kondensāciju.

Funkcija un uzdevums

Hidrolīze ir viena no bioloģisko sistēmu pamatreakcijām. Tie nodrošina, ka lielās biomolekulas tiek nepārtraukti pārveidotas par monomēriem, lai tās varētu izmantot vai nu pašu organisma vielu veidošanai, vai arī to sadalīšanās rezultātā apgādātu ķermeni ar enerģiju. Tāpēc hidrolīzei ir galvenā loma organismā.

Pēc ēšanas svarīgās barības vielas ogļhidrātus, taukus un olbaltumvielas hidrolīzes ceļā sadala atsevišķās sastāvdaļās. Piemēram, ogļhidrātu gadījumā, absorbējot ūdeni, polisaharīdi tiek sadalīti glikozes monomēros. Tauki ir glicerīns, kas esterificēts ar taukskābēm, hidrolītiskā šķelšanās rezultātā veidojas atsevišķās taukskābes un glicerīns. Olbaltumvielas ir peptīnu aminoskābju ķēdes, kuras hidrolītiski sadalās atsevišķās aminoskābēs gremošanas laikā. Fermenti ir iesaistīti visās ķermeņa hidrolītiskajās reakcijās. Fermenti ir olbaltumvielas, kas katalītiski atbalsta reakcijas. Pēc hidrolīzes fermenti netiek mainīti.

Hidrolīze notiek ne tikai pārtikas gremošanā. Kā daļa no kopējā metabolisma organismā notiek pastāvīgas hidrolīzes un kondensācijas reakcijas. Fermentus, kas katalizē hidrolīzi, sauc par hidrolāzēm.Hidrolāzes savukārt var iedalīt peptidāzēs, esterāzēs vai glikozidāzēs. Cita starpā peptidāzes sadala olbaltumvielas, veidojot atsevišķas aminoskābes. Esterāzes savukārt var sadalīt taukus taukskābēs un glicerīnā. Tad tas ir lipāzes. Glikozidāzes sadala glikozīdiskos savienojumus. Tie ir vai nu polisaharīdi, kuros vairākas cukura molekulas ir glikozīdiski savienotas viena ar otru, vai savienojumi, kuriem ir glikozīdiskā saite starp cukura sastāvdaļu un bez cukura sastāvdaļu. Tāpēc amilāze, kas cieti pārvērš glikozē, ir viena no glikozidāzēm.

Citas hidrolāzes ir fosfatāzes un nukleāzes. Fosfatāzes hidrolītiski sadala fosfātu grupas. Labs šīs reakcijas piemērs ir ATP (adenozīna trifosfāts) pārvēršana ADP (adenozīndifosfāts). Kopumā hidrolīze vienmēr notiek ar enerģijas izdalīšanos. Tas ir īpaši redzams reakcijā no ATP uz ADP. Tā kā šī pārveidošana piegādā enerģiju, kas iepriekš glabāta ATP, citām bioķīmiskām reakcijām, siltuma ražošanai vai mehāniskām kustībām. Nukleāzes ir atbildīgas par pilnīgu nukleīnskābju sadalīšanos. Tos atkal sadala ribonukleāzēs un dezoksiribonukleāzēs. Abas enzīmu grupas hidrolītiski sadala fosfodiestera saites nukleīnskābes molekulā, veidojot atsevišķus nukleotīdus.

Slimības un kaites

Tā kā cilvēka ķermenī pastāvīgi notiek hidrolīzes reakcijas, šajā kontekstā ir iespējamas arī dažādas slimības. Gremošana un daudzas starpposma reakcijas vielmaiņā ir hidrolīzes reakcijas.Katrā reakcijas posmā ir īpaši fermenti. Tomēr fermenti ir olbaltumvielas, kuru darbību var ierobežot arī ģenētiskas izmaiņas. Katra fermenta mazspēja vai deficīts var izraisīt letālas sekas veselībai.

Fermentiem dažreiz jāatrodas lielos daudzumos, lai to sekrēcijai būtu nepieciešams vesels orgāns. Cita starpā tas attiecas uz gremošanas fermentiem aizkuņģa dziedzerī. Aizkuņģa dziedzeris vai aizkuņģa dziedzeris galvenokārt ražo lipāzes un peptidāzes. Tas lielā mērā ir atbildīgs par putras, kas nāk no kuņģa, gremošanu. Taukus un olbaltumvielas sadala atsevišķās sastāvdaļās. Ķermenis absorbē aminoskābes, taukskābes, glicerīnu un glikozi, kas veidojas caur tievo zarnu. Aizkuņģa dziedzera slimībās rodas masīvas gremošanas problēmas ar caureju, vēdera uzpūšanos un stipras sāpes vēderā. Tauku sadalīšanās trūkums var izraisīt tauku izkārnījumus.

Aizkuņģa dziedzera iekaisuma akūtā formā (pankreatīts) aizkuņģa dziedzeris pat var sagremot sevi ar letālu iznākumu. Gremošanas sulu brīvo plūsmu tievā zarnā var traucēt dažādi cēloņi. Viņi uzkrājas aizkuņģa dziedzerī un pilnībā izšķīst. Pat ar hroniskām pankreatīta formām notiek pastāvīga daļēja izšķīšana.

Vēl viens slimības piemērs attiecībā uz hidrolītiskiem procesiem ir mitohondriju slimība.ATP sintēzes traucējumu dēļ energoapgādes reakcijas no ATP uz ADP var notikt tikai ierobežotā mērā. Mitohondriopātijas izpaužas t.i. hroniska noguruma un vājuma gadījumā.