yleensä hydrolyysi on kemiallinen prosessi, jossa aineeseen lisätään vesimolekyyli. Joskus tämä lisäys saa sekä aineen että vesimolekyylin jakautumaan kahteen osaan. Tällaisissa reaktioissa kohdemolekyylin (tai kantamolekyylin) yksi fragmentti saa vetyionin. Se rikkoo yhdisteessä kemiallisen sidoksen.
SaltsEdit
yleinen hydrolyysi tapahtuu, kun veteen liukenee heikon hapon tai heikon emäksen (tai molempien) suola. Vesi ionisoituu spontaanisti hydroksidianioneiksi ja hydroniumkationeiksi. Suola myös hajoaa ainesosikseen anioneiksi ja kationeiksi. Esimerkiksi natriumasetaatti hajoaa vedessä natrium-ja asetaatti-ioneiksi. Natriumionit reagoivat hyvin vähän hydroksidi-ionien kanssa, kun taas asetaatti-ionit yhdistyvät hydroniumionien kanssa muodostaen etikkahappoa. Tällöin nettotulos on hydroksidi-ionien suhteellinen ylimäärä, jolloin saadaan emäksinen liuos.
myös vahvat hapot hydrolysoituvat. Esimerkiksi rikkihapon (H2SO4) liuottamiseen veteen liittyy hydrolyysi, jolloin saadaan hydroniumia ja bisulfaattia, rikkihapon konjugaattiemästä. Teknisempää keskustelua siitä, mitä tapahtuu tällaisen hydrolyysin aikana, on Brønsted–Lowry happo–emäs-teoriassa.
esterit ja amidimediitit
happo–emäskatalysoidut hydrolyysit ovat hyvin yleisiä; yksi esimerkki on amidien tai estereiden hydrolyysi. Niiden hydrolyysi tapahtuu, kun nukleofiili (ydintä etsivä aine, esimerkiksi vesi tai hydroksyyli-ioni) hyökkää Esterin tai amidin karbonyyliryhmän hiilen kimppuun. Vesiemäksessä hydroksyyli-ionit ovat parempia nukleofiileja kuin polaariset molekyylit kuten vesi. Hapoissa karbonyyliryhmä protonoituu, mikä johtaa paljon helpompaan nukleofiiliseen hyökkäykseen. Molempien hydrolyysien tuotteet ovat yhdisteitä, joissa on karboksyylihapporyhmiä.
ehkä vanhin kaupallisesti harjoitettu esimerkki Esterin hydrolyysistä on saippuan muodostuminen. Se on triglyseridin (rasvan) hydrolyysi vesiliuoksella, kuten natriumhydroksidilla (NaOH). Prosessin aikana muodostuu glyserolia, ja rasvahapot reagoivat emäksen kanssa muuttaen ne suoloiksi. Näitä suoloja kutsutaan saippuoiksi, joita käytetään yleisesti kotitalouksissa.
lisäksi elävissä järjestelmissä useimmat biokemialliset reaktiot (mukaan lukien ATP-hydrolyysi) tapahtuvat entsyymien katalyysin aikana. Entsyymien katalyyttinen toiminta mahdollistaa proteiinien, rasvojen, öljyjen ja hiilihydraattien hydrolyysin. Esimerkkinä voidaan pitää proteaaseja (entsyymejä, jotka edistävät ruoansulatusta aiheuttamalla peptidisidosten hydrolyysiä proteiineissa). Ne katalysoivat sisempien peptidisidosten hydrolyysiä peptidiketjuissa erotuksena eksopeptidaaseista (toinen entsyymiluokka, joka katalysoi terminaalisten peptidisidosten hydrolyysiä vapauttaen yhden vapaan aminohapon kerrallaan).
proteaasit eivät kuitenkaan katalysoi kaikenlaisten proteiinien hydrolyysiä. Niiden toiminta on stereoselektiivistä: kohteena ovat vain tietyn tertiäärirakenteen omaavat proteiinit, koska tarvitaan jonkinlaista orientoivaa voimaa amidiryhmän asettamiseksi oikeaan asentoon katalyysiä varten. Tarvittavat kontaktit entsyymin ja sen substraattien (proteiinien) välillä syntyvät, koska entsyymi taittuu siten, että muodostuu rako, johon substraatti sopii; raossa on myös katalyyttiryhmiä. Siksi proteiineja, jotka eivät sovi rakoon, ei hydrolysoida. Tämä spesifisyys säilyttää muiden proteiinien, kuten hormonien, eheyden, ja siksi biologinen järjestelmä toimii edelleen normaalisti.
hydrolyysin yhteydessä amidi muuttuu karboksyylihapoksi ja amiiniksi tai ammoniakiksi (joka hapon läsnä ollessa muuttuu välittömästi ammoniumsuoloiksi). Karboksyylihapon kahdesta happiryhmästä toinen saadaan vesimolekyylistä ja amiini (tai ammoniakki) saa vetyionin. Peptidien hydrolyysissä saadaan aminohappoja.
monet polyamidipolymeerit kuten nailon 6,6 hydrolysoituvat vahvojen happojen läsnä ollessa. Prosessi johtaa depolymerisaatioon. Tästä syystä nailon-tuotteet epäonnistuvat murtumalla, kun ne altistuvat pienille määrille happamaa vettä. Myös polyesterit ovat alttiita samanlaisille polymeerin hajoamisreaktioille. Ongelma tunnetaan ympäristön stressin murtumisena.
ATPEdit
hydrolyysi liittyy energian aineenvaihduntaan ja varastointiin. Kaikki elävät solut tarvitsevat jatkuvaa energiansaantia kahteen päätarkoitukseen: mikro-ja makromolekyylien biosynteesi sekä ionien ja molekyylien aktiivinen kuljetus solukalvojen yli. Ravinteiden hapettumisesta saatavaa energiaa ei käytetä suoraan, vaan se ohjataan monimutkaisen ja pitkän reaktiosarjan avulla erityiseen energiaa varastoivaan molekyyliin, adenosiinitrifosfaattiin (ATP). ATP-molekyyli sisältää pyrofosfaattisidoksia (sidoksia, jotka muodostuvat kahden fosfaattiyksikön yhdistyessä), joista vapautuu tarvittaessa energiaa. ATP voi hydrolysoitua kahdella tavalla: Ensinnäkin terminaalisen fosfaatin poistaminen adenosiinidifosfaatin (ADP) ja epäorgaanisen fosfaatin muodostamiseksi reaktiolla:
ATP + H
2o → ADP + Pi
toiseksi terminaalisen difosfaatin poistaminen adenosiinimonofosfaatin (AMP) ja pyrofosfaatin tuottamiseksi. Viimeksi mainittu pilkkoutuu yleensä edelleen kahteen aineosaansa fosfaateiksi. Tämä johtaa biosynteesireaktioihin, jotka tapahtuvat yleensä ketjuina, jotka voidaan ajaa synteesin suuntaan fosfaattisidosten läpikäytyä hydrolyysin.
Polysakkaridisedit
monosakkaridit voidaan yhdistää toisiinsa glykosidisidoksilla, jotka voidaan halkaista hydrolyysillä. Näin toisiinsa liittyvät kaksi, kolme, useat tai monet monosakkaridit muodostavat vastaavasti disakkarideja, trisakkarideja, oligosakkarideja tai polysakkarideja. Glykosidisidoksia hydrolysoivia entsyymejä kutsutaan ”glykosidihydrolaaseiksi”tai ” glykosidaaseiksi”.
tunnetuin disakkaridi on sakkaroosi (pöytäsokeri). Sakkaroosin hydrolyysi tuottaa glukoosia ja fruktoosia. Invertaasi on sukraasi, jota käytetään teollisesti sakkaroosin hydrolysoimiseen niin sanotuksi inverttisokeriksi. Laktaasi on välttämätön maidon laktoosihydrolyysin kannalta; monet aikuiset ihmiset eivät tuota laktaasia eivätkä pysty sulattamaan maidon laktoosia.
polysakkaridien hydrolyysi liukoisiksi sokereiksi voidaan tunnistaa sakaroinniksi. Ohrasta valmistettua mallasta käytetään β-amylaasin lähteenä hajottamaan tärkkelystä disakkaridimaltoosiksi, josta hiiva voi valmistaa olutta. Muut amylaasientsyymit voivat muuttaa tärkkelystä glukoosiksi tai oligosakkarideiksi. Selluloosa hydrolysoidaan ensin sellobioosiksi sellulaasin avulla ja sen jälkeen sellobioosi hydrolysoidaan edelleen glukoosiksi beetaglukosidaasin avulla. Märehtijät, kuten lehmät, pystyvät hydrolysoimaan selluloosan sellobioosiksi ja sitten glukoosiksi sellulaaseja tuottavien symbioottisten bakteerien ansiosta.
Metal Aqua ionsEdit
metalli-ionit ovat Lewis-happoja ja vesiliuoksessa ne muodostavat metalli-aquo-komplekseja, joiden yleinen kaava on M(H2O)nm+. Aqua-ionit hydrolysoituvat suuremmassa tai pienemmässä määrin. Ensimmäinen hydrolyysivaihe annetaan yleistäen
m(H2O)nm+ + H2O ⇌ M(H2O)n−1(OH) (m−1)+ + H3O+
näin akvationit käyttäytyvät Brønsted-Lowryn happo-emästeorian mukaan happoina. Tämä vaikutus selittyy helposti ottamalla huomioon positiivisesti varautuneen metalli-ionin induktiivinen vaikutus, joka heikentää kiinnittyneen vesimolekyylin O-H-sidosta, jolloin protonin vapautuminen on suhteellisen helppoa.
tämän reaktion dissosiaatiovakio, pKa, liittyy enemmän tai vähemmän lineaarisesti metalli-ionin varauksen ja koon suhteeseen. Matalavarauksiset ionit, kuten Na+, ovat hyvin heikkoja happoja, joiden hydrolyysi on lähes huomaamaton. Suurten kaksiarvoisten ionien, kuten Ca2+, Zn2+, Sn2+ ja Pb2+, pKa-arvo on 6 tai enemmän, eikä niitä normaalisti luokiteltaisi hapoiksi, mutta pienet kaksiarvoiset ionit, kuten Be2+, käyvät läpi laajan hydrolyysin. Trivalentit ionit kuten Al3+ ja Fe3+ ovat heikkoja happoja, joiden pKa on verrattavissa etikkahapon pKa: han. Suolojen, kuten becl2: n tai Al: n(NO3)3: n liuokset vedessä ovat huomattavan happamia; hydrolyysi voidaan vaimentaa lisäämällä happoa, kuten typpihappoa, jolloin liuoksesta tulee happamampi.
hydrolyysi voi edetä ensimmäistä vaihetta pidemmälle, jolloin usein muodostuu polynukleaarisia lajeja olaatioprosessin kautta. Jotkut ”eksoottiset” lajit, kuten Sn3 (OH) 42+, ovat hyvin tyypillisiä. Hydrolyysi etenee yleensä pH: n noustessa, mikä johtaa monissa tapauksissa hydroksidin kuten Al(OH)3 tai AlO(OH) saostumiseen. Nämä aineet, bauksiitin tärkeimmät ainesosat, tunnetaan lateriitteina, ja niitä muodostuu huuhtoutumalla kivistä useimmista muista ioneista kuin alumiinista ja raudasta ja hydrolysoitumalla myöhemmin jäljelle jääneistä alumiinista ja raudasta.