Карбоксилирование

Карбоксилирование – это химическая реакция , в которой карбоновая кислота образуется путем обработки субстрата диоксидом углерода . ^[1] Противоположная реакция – декарбоксилирование . В химии термин карбонизация иногда используется как синоним карбоксилирования, особенно применительно к реакции карбанионных реагентов с CO ₂ . В более общем смысле карбонизация обычно описывает производство карбонатов . ^[2]

Органическая химия

Карбоксилирование — стандартное преобразование в органической химии . ^[3] В частности, карбонизация (т.е. карбоксилирование) реактивов Гриньяра и литийорганических соединений является классическим способом преобразования органических галогенидов в карбоновые кислоты. ^[4]

Салицилат натрия , предшественник аспирина , коммерчески получают путем обработки фенолята натрия (натриевой соли фенола ) диоксидом углерода при высоком давлении (100 атм) и высокой температуре (390 К) — метод, известный как реакция Кольбе-Шмитта . Подкисление полученной салицилатной соли дает салициловую кислоту.

Многие подробные процедуры описаны в журнале Organic Syntheses . ^[5]^[6]^[7]

Катализаторы карбоксилирования включают N-гетероциклические карбены. ^[8] и катализаторы на основе серебра. ^[9]

Карбоксилирование в биохимии

Углеродная жизнь возникает в результате карбоксилирования, которое связывает атмосферный углекислый газ с сахаром. Процесс обычно катализируется ферментом RuBisCO . Рибулозо-1,5-бисфосфаткарбоксилаза/оксигеназа , фермент, катализирующий это карбоксилирование, возможно, является самым распространенным белком на Земле. ^[10]^[11]^[12]

Цикл Кальвина , показывающий карбоксилирование рибулозо-1,5-бисфосфата.

Многие карбоксилазы, включая ацетил-КоА-карбоксилазу , метилкротонил-КоА-карбоксилазу , пропионил-КоА-карбоксилазу и пируваткарбоксилазу , требуют биотина в качестве кофактора. Эти ферменты участвуют в различных биогенных путях. ^[13] В схеме EC такие карбоксилазы отнесены к EC 6.3.4 «Другие углерод-азотные лигазы».

Другим примером является посттрансляционная модификация остатков глутамата в γ-карбоксиглутамат в белках. Это происходит главным образом в белках, участвующих в каскаде свертывания крови , в частности в факторах II, VII, IX и X, белке C и белке S, а также в некоторых костных белках. Эта модификация необходима для функционирования этих белков. Карбоксилирование происходит в печени и осуществляется γ-глутамилкарбоксилазой (GGCX). ^[14] GGCX требует витамина К в качестве кофактора и осуществляет реакцию процессивным образом. ^[15] γ-карбоксиглутамат связывает кальций, который необходим для его активности. ^[16] Например, в протромбине связывание кальция позволяет белку связываться с плазматической мембраной тромбоцитов тромбина , приближая его к белкам, которые расщепляют протромбин до активного после повреждения. ^[17]

См. также

Ссылки

^ «Карбоксилирование: введение карбоксильной группы в молекулу или соединение с образованием карбоновой кислоты или карбоксилата; пример этого». Оксфордский словарь английского языка . Издательство Оксфордского университета. 2018.
^ «Карбонизация: пропитка или обработка углекислым газом; преобразование в карбонат». Оксфордский словарь английского языка . Издательство Оксфордского университета. 2018.
^ Браунштейн, Пьер; Мэтт, Доминик; Нобель, Доминик (август 1988 г.). «Реакции углекислого газа с образованием углерод-углеродной связи, катализируемые комплексами переходных металлов». Химические обзоры . 88 (5): 747–764. дои : 10.1021/cr00087a003 .
^ А. М. Аппель; и др. (2013). «Границы, возможности и проблемы биохимического и химического катализа фиксации CO ₂ » . хим. Преподобный . 113 (8): 6621–6658. дои : 10.1021/cr300463y . ПМЦ 3895110 . ПМИД 23767781 .
^ Акира Янагисава; Кацутака Ясуэ; Хисаси Ямамото (1997). «Регио- и стереоселективное карбоксилирование реагентов аллилового бария: (E)-4,8-диметил-3,7-нонадиеновая кислота». Органические синтезы . 74 : 178. дои : 10.15227/orgsyn.074.0178 .
^ Х. Кох; В. Хааф (1964). «1-адамантанкарбоновая кислота». Органические синтезы . 44 : 1. дои : 10.15227/orgsyn.044.0001 .
^ В. Хааф (1966). «1-Метилциклогексанкарбоновая кислота». Органические синтезы . 46 : 72. дои : 10.15227/orgsyn.046.0072 .
^ Чжан Лян (2013). «N-Гетероциклический карбен (NHC) – катализируемые медью превращения диоксида углерода». Химическая наука . 4 (9): 3395. дои : 10.1039/C3SC51070K .
^ К. Секин; Т. Ямада (2016). «Карбоксилирование, катализируемое серебром» . хим. Соц. Преподобный . 45 (16): 4524–4532. дои : 10.1039/C5CS00895F . ПМИД 26888406 .
^ Дхингра А., Портис А.Р., Дэниел Х. (апрель 2004 г.). «Усиленная трансляция экспрессируемого в хлоропластах гена RbcS восстанавливает уровни малых субъединиц и фотосинтез в ядерных антисмысловых растениях RbcS» . Учеб. Натл. акад. наук. США . 101 (16): 6315–20. Бибкод : 2004PNAS..101.6315D . дои : 10.1073/pnas.0400981101 . ПМК 395966 . ПМИД 15067115 . (Рубиско) — наиболее распространенный фермент на этой планете, на его долю приходится 30–50% общего растворимого белка в хлоропластах;
^ Феллер Ю, Андерс И, Мэй Т (2008). «Рубисколитики: судьба Рубиско после прекращения его ферментативной функции в клетке» (PDF) . Дж. Эксп. Бот . 59 (7): 1615–24. дои : 10.1093/jxb/erm242 . ПМИД 17975207 .
^ Рэйвен, Джон А. (апрель 2013 г.). «Рубиско: по-прежнему самый распространенный белок на Земле?» . Новый фитолог . 198 (1): 1–3. дои : 10.1111/nph.12197 . ПМИД 23432200 .
^ «Биотин – информационный бюллетень для работников здравоохранения» . Управление пищевых добавок, Национальные институты здравоохранения США . 8 декабря 2017 года . Проверено 25 февраля 2018 г. .
^ OMIM - гамма-глутамилкарбоксилаза, предоставлено МакКузиком В.А., последнее обновление в октябре 2004 г. [1]
^ Моррис Д.П., Стивенс Р.Д., Райт DJ, Стаффорд Д.В. (1995). «Процессивная посттрансляционная модификация. Витамин К-зависимое карбоксилирование пептидного субстрата» . Ж. Биол. Хим . 270 (51): 30491–8. дои : 10.1074/jbc.270.51.30491 . ПМИД 8530480 .
^ Хаушка П.В., Лиан Дж.Б., Галоп П.М. (1975). «Прямая идентификация кальцийсвязывающей аминокислоты гамма-карбоксиглутамата в минерализованных тканях» . Учеб. Натл. акад. наук. США . 72 (10): 3925–9. Бибкод : 1975PNAS...72.3925H . дои : 10.1073/pnas.72.10.3925 . ПМЦ 433109 . ПМИД 1060074 .
^ Берг Дж. М., Тимочко Дж. Л., Страйер Л. Биохимия , 5-е изд. Нью-Йорк: WH Freeman and Company, 2002.

[1] «Карбоксилирование: введение карбоксильной группы в молекулу или соединение с образованием карбоновой кислоты или карбоксилата; пример этого». Оксфордский словарь английского языка . Издательство Оксфордского университета. 2018.

[2] «Карбонизация: пропитка или обработка углекислым газом; преобразование в карбонат». Оксфордский словарь английского языка . Издательство Оксфордского университета. 2018.

[3] Браунштейн, Пьер; Мэтт, Доминик; Нобель, Доминик (август 1988 г.). «Реакции углекислого газа с образованием углерод-углеродной связи, катализируемые комплексами переходных металлов». Химические обзоры . 88 (5): 747–764. дои : 10.1021/cr00087a003 .

[4] А. М. Аппель; и др. (2013). «Границы, возможности и проблемы биохимического и химического катализа фиксации CO ₂ » . хим. Преподобный . 113 (8): 6621–6658. дои : 10.1021/cr300463y . ПМЦ 3895110 . ПМИД 23767781 .

[5] Акира Янагисава; Кацутака Ясуэ; Хисаси Ямамото (1997). «Регио- и стереоселективное карбоксилирование реагентов аллилового бария: (E)-4,8-диметил-3,7-нонадиеновая кислота». Органические синтезы . 74 : 178. дои : 10.15227/orgsyn.074.0178 .

[6] Х. Кох; В. Хааф (1964). «1-адамантанкарбоновая кислота». Органические синтезы . 44 : 1. дои : 10.15227/orgsyn.044.0001 .

[7] В. Хааф (1966). «1-Метилциклогексанкарбоновая кислота». Органические синтезы . 46 : 72. дои : 10.15227/orgsyn.046.0072 .

[8] Чжан Лян (2013). «N-Гетероциклический карбен (NHC) – катализируемые медью превращения диоксида углерода». Химическая наука . 4 (9): 3395. дои : 10.1039/C3SC51070K .

[9] К. Секин; Т. Ямада (2016). «Карбоксилирование, катализируемое серебром» . хим. Соц. Преподобный . 45 (16): 4524–4532. дои : 10.1039/C5CS00895F . ПМИД 26888406 .

[10] Дхингра А., Портис А.Р., Дэниел Х. (апрель 2004 г.). «Усиленная трансляция экспрессируемого в хлоропластах гена RbcS восстанавливает уровни малых субъединиц и фотосинтез в ядерных антисмысловых растениях RbcS» . Учеб. Натл. акад. наук. США . 101 (16): 6315–20. Бибкод : 2004PNAS..101.6315D . дои : 10.1073/pnas.0400981101 . ПМК 395966 . ПМИД 15067115 . (Рубиско) — наиболее распространенный фермент на этой планете, на его долю приходится 30–50% общего растворимого белка в хлоропластах;

[Feller_2008-11] Феллер Ю, Андерс И, Мэй Т (2008). «Рубисколитики: судьба Рубиско после прекращения его ферментативной функции в клетке» (PDF) . Дж. Эксп. Бот . 59 (7): 1615–24. дои : 10.1093/jxb/erm242 . ПМИД 17975207 .

[12] Рэйвен, Джон А. (апрель 2013 г.). «Рубиско: по-прежнему самый распространенный белок на Земле?» . Новый фитолог . 198 (1): 1–3. дои : 10.1111/nph.12197 . ПМИД 23432200 .

[ods-13] «Биотин – информационный бюллетень для работников здравоохранения» . Управление пищевых добавок, Национальные институты здравоохранения США . 8 декабря 2017 года . Проверено 25 февраля 2018 г. .

[14] OMIM - гамма-глутамилкарбоксилаза, предоставлено МакКузиком В.А., последнее обновление в октябре 2004 г. [1]

[15] Моррис Д.П., Стивенс Р.Д., Райт DJ, Стаффорд Д.В. (1995). «Процессивная посттрансляционная модификация. Витамин К-зависимое карбоксилирование пептидного субстрата» . Ж. Биол. Хим . 270 (51): 30491–8. дои : 10.1074/jbc.270.51.30491 . ПМИД 8530480 .

[16] Хаушка П.В., Лиан Дж.Б., Галоп П.М. (1975). «Прямая идентификация кальцийсвязывающей аминокислоты гамма-карбоксиглутамата в минерализованных тканях» . Учеб. Натл. акад. наук. США . 72 (10): 3925–9. Бибкод : 1975PNAS...72.3925H . дои : 10.1073/pnas.72.10.3925 . ПМЦ 433109 . ПМИД 1060074 .

[17] Берг Дж. М., Тимочко Дж. Л., Страйер Л. Биохимия , 5-е изд. Нью-Йорк: WH Freeman and Company, 2002.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]