Гидроксилирование

Гидроксилирование и гидроксилазы не следует путать с гидролизом и гидролазами.

В химии, гидроксилирование это может означать:

• (i) чаще всего гидроксилирование описывает химический процесс, который вводит гидроксильную группу (-ОН) в органическое соединение.
• (ii) степень гидроксилирования относится к количеству групп ОН в молекуле. Схема гидроксилирования относится к расположению гидроксильных групп в молекуле или материале.

• 1 Реакции гидроксилирования
  • 1.1 Синтетические гидроксилирования
  • 1.2 Биологическое гидроксилирование
    • 1.2.1 Белков
• 2 Примеры
• 3 ссылки

Синтетические гидроксилирования

Введение гидроксильных групп в органические соединения может осуществляться с помощью различных металлических катализаторов. Многие такие катализаторы являются биомиметическими, т.е. они созданы под действием ферментов, таких как цитохром P450, или предназначены для имитации.

В то время как многие гидроксилирования вводят атомы O в связи CH, некоторые реакции добавляют группы OH к ненасыщенным субстратам. Дигидроксилирования Шарплесс такая реакция: он преобразует алкен в диолы. Гидроксильные группы представлены перекисью водорода, которая присоединяется по двойной связи алкенов.

Биологическое гидроксилирование

В биохимии реакциям гидроксилирования часто способствуют ферменты, называемые гидроксилазами. Связь CH превращается в спирт путем вставки атома кислорода в связь CH. Типичные стехиометрии гидроксилирования общего углеводорода следующие:

2  R 3 C-H + O 2 → 2  R 3 C-ОН

R 3 C-H + O 2 + 2e ^- + 2  H ⁺ → R 3 C-OH + H 2 O

Поскольку сам O 2 является медленным и неселективным гидроксилирующим агентом, катализаторы необходимы для ускорения процесса и повышения селективности.

Гидроксилирование часто является первым этапом разложения органических соединений на воздухе. Гидроксилирование важно для детоксикации, поскольку оно превращает липофильные соединения в водорастворимые ( гидрофильные ) продукты, которые легче удаляются почками или печенью и выводятся из организма. Некоторые лекарства (например, стероиды ) активируются или деактивируются гидроксилированием.

Основным агентом гидроксилирования в природе является цитохром Р-450, сотни разновидностей которого известны. Другие гидроксилирующие агенты включают флавины, альфа-кетоглутарат-зависимые гидроксилазы и некоторые гидроксилазы ди железа.

Шаги в механизме отскока кислорода, который объясняет многие гидроксилирования, катализируемые железом: отщепление H-атома, отскок кислорода, декомплексирование спирта.

Белков

Гидроксилирование белков происходит как посттрансляционная модификация и катализируется 2-оксоглутарат-зависимыми диоксигеназами. Когда молекулы гидроксилированы, они становятся более растворимыми в воде, что влияет на их структуру и функцию. Это может происходить на нескольких аминокислотах, таких как лизин, аспарагин, аспартат и гистидин, но наиболее часто гидроксилированным аминокислотным остатком в белках человека является пролин. Это связано с тем, что коллаген составляет около 25–35% белка в нашем организме и содержит гидроксипролин почти в каждом третьем остатке своей аминокислотной последовательности. Коллаген состоит из остатков 3-гидроксипролина и 4-гидроксипролина. Гидроксилирование происходит у атома γ-C, образуя гидроксипролин (Hyp), который стабилизирует вторичную структуру коллагена из-за сильного электроотрицательного воздействия кислорода. Пролин гидроксилирования также является жизненно важным компонентом гипоксия ответ через индуцируемый гипоксией факторов. В некоторых случаях пролин может быть гидроксилирован вместо его атома β-C. Лизин также может быть гидроксилирован по своему δ-C атому, образуя гидроксилизин (Hyl).

Эти три реакции катализируются очень крупными мультисубъединичными ферментами пролил-4-гидроксилазой, пролил-3-гидроксилазой и лизил-5-гидроксилазой соответственно. Эти реакции требуют железа (а также молекулярного кислорода и α-кетоглутарата ) для проведения окисления и использования аскорбиновой кислоты (витамина С) для возврата железа в его восстановленное состояние. Недостаток аскорбата приводит к дефициту гидроксилирования пролина, что приводит к менее стабильному коллагену, что может проявляться цингой. Поскольку цитрусовые богаты витамином С, британским морякам давали лайм для борьбы с цингой в длительных океанских путешествиях; отсюда их назвали «липами».

Некоторые эндогенные белки содержат остатки гидроксифенилаланина и гидрокситирозина. Эти остатки образуются из-за гидроксилирования фенилаланина и тирозина, процесса, в котором гидроксилирование превращает остатки фенилаланина в остатки тирозина. Это очень важно для живых организмов, чтобы помочь им контролировать избыточное количество остатков фенилаланина. Гидроксилирование остатков тирозина также очень важно для живых организмов, поскольку гидроксилирование тирозина по C-3 создает 3,4-дигидроксифенилаланин (ДОФА), который является предшественником гормонов и может превращаться в дофамин.

• 17α-гидроксилаза
• Холестерин 7 альфа-гидроксилаза
• Допамин β-гидроксилаза
• Фенилаланингидроксилаза
• Тирозингидроксилаза
• Одним из примеров небиологического гидроксилирования является гидроксилирование фенола перекисью водорода с образованием гидрохинона.

1. ^ Миддлтон, Эллиотт-младший; Кандасвами, Читан; Теохаридес, Теохарис С. (2000). «Влияние растительных флавоноидов на клетки млекопитающих: последствия для воспаления, болезней сердца и рака». Фармакологические обзоры. 52: 673–751.
2. ^ Цзя, Чэнго; Китамура, Цугио; Фудзивара, Юзо (2001). «Каталитическая функционализация аренов и алканов посредством активации связи C − H». Счета химических исследований. 34 (8): 633–639. DOI : 10.1021 / ar000209h. PMID   11513570.
3. ^ Кольб, Хартмут С.; Vannieuwenhze, Michael S.; Шарплесс, К. Барри (1994). «Каталитическое асимметричное дигидроксилирование». Химические обзоры. 94 (8): 2483–2547. DOI : 10.1021 / cr00032a009.
4. ^ ^{а б} Хуанг, X.; Гровс, JT (2017). «За пределами феррильного гидроксилирования: 40 лет механизма восстановления и активации C – H». Журнал JBIC по биологической неорганической химии. 22 (2–3): 185–207. DOI : 10.1007 / s00775-016-1414-3. PMC   5350257. PMID   27909920.
5. ^ Cerniglia, Карл Е. (1992). «Биодеградация полициклических ароматических углеводородов». Биоразложение. 3 (2–3): 351–368. DOI : 10.1007 / BF00129093. S2CID   25516145.
6. ^ Нельсон, DL; Кокс, М.М. "Ленингер, принципы биохимии", 3-е изд. Стоит опубликовать : Нью-Йорк, 2000. ISBN   1-57259-153-6.
7. ^ Зурло, Джиада; Го, Цзяньпин; Такада, Мамору; Вэй, Веньи; Чжан, Цин (декабрь 2016 г.). «Новые взгляды на гидроксилирование белков и его важную роль в заболеваниях человека». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Обзоры рака. 1866 (2): 208–220. DOI : 10.1016 / j.bbcan.2016.09.004. ISSN   0006-3002. PMC   5138100. PMID   27663420.
8. ^ ^Б Т. Shantha Раджу (2019), "Гидроксилирование Белки", Со- и пост-трансляционной модификации терапевтических антител и белков, John Wiley amp; Sons, С. 119-131,. DOI : 10.1002 / 9781119053354.ch10, ISBN   978-1-119-05335-4
9. ^ Холмгрен, Стивен К; Бретчер, Линн Э; Тейлор, Кимберли М; Рейнс, Рональд Т (1999). «Гиперстабильный имитатор коллагена». Химия и биология. 6 (2): 63–70. DOI : 10.1016 / S1074-5521 (99) 80003-9. PMID   10021421.
10. ^ Hausinger RP (январь-февраль 2004). «Fe (II) / α-кетоглутарат-зависимые гидроксилазы и родственные ферменты». Крит. Rev. Biochem. Мол. Биол. 39 (1): 21–68. DOI : 10.1080 / 10409230490440541. PMID   15121720. S2CID   85784668.
11. ^ Воет, Дональд; Voet, Judith G.; Пратт, Шарлотта В. (2016). Принципы биохимии. Вайли. п. 143. ISBN.   978-1-119-45166-2.