Гидроксилирование

В химии : гидроксилирование может ссылаться на

(i) Чаще всего гидроксилирование описывает химический процесс, который вводит гидроксильную группу ( −OH ) в органическое соединение .
(ii) Степень гидроксилирования относится к количеству групп ОН в молекуле. Паттерн гидроксилирования относится к расположению гидрокси групп на молекуле или материале. ^{[ 1 ]}

Реакции гидроксилирования

Синтетические гидроксилирование

На установку гидроксильных групп в органические соединения могут влиять различные металлические катализаторы. Многие такие катализаторы являются биомиметическими, то есть они вдохновлены или предназначены для имитации ферментов, таких как цитохром P450. ^{[ 2 ]}

В то время как многие гидроксилиции вводят атомы в в Связаны C - H , некоторые реакции добавляют группы OH к ненасыщенным субстратам. Дигидроксилирование Sharpless является такой реакцией: оно преобразует алкены в диолы . Группы гидрокси обеспечиваются перекисью водорода , что добавляет в двойную связь алкенов . ^{[ 3 ]}

Биологическое гидроксилирование

В биохимии реакции гидроксилирования часто облегчаются ферментами , называемыми гидроксилазами . А Связь C - H превращается в алкоголь путем введения атома кислорода в C -H связь. Типичные стехиометрии для гидроксилирования общего углеводорода - это:

{\ce {2R3C-H + O2 -> 2R3C-OH}}

{\ce {R3C-H + O2 + 2e- + 2H+ -> R3C-OH + H2O}}

С O ₂ сам является медленным и неселективным гидроксилирующим агентом, катализаторы необходимы для ускорения темпов процесса и для введения селективности. ^{[ 4 ]}

Гидроксилирование часто является первым шагом в деградации органических соединений в воздухе. Гидроксилирование важно при детоксикации , поскольку он превращает липофильные соединения в водорастворимые ( гидрофильные ) продукты, которые более легко удаляются почками или печени и выделяются . Некоторые лекарства (например, стероиды ) активируются или деактивируются гидроксилированием. ^{[ 5 ]}

Основным гидроксилиционным агентом в природе является цитохром P-450 , сотни вариаций которых известны. Другие гидроксилирующие агенты включают флавины, альфа-кетоглутарат-зависимые гидроксилазы (2-оксоглутарат-зависимые диоксигеназы), а также некоторые дирон-гидроксилазы. ^{[ 6 ]}

Шаги в механизме восстановления кислорода , который объясняет многие катализируемые железом гидроксилирование: абстракция H-атом, восстановление кислорода, декомплексирование спирта. ^{[ 4 ]}

Белков

Гидроксилирование белков происходит в виде посттрансляционной модификации и катализируется 2-оксоглутарат-зависимыми диоксигеназами. ^{[ 7 ]} Когда молекулы гидроксилированы, они становятся более сознамыми 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 при каждом 3 -м остатках в своей аминокислотной последовательности. Коллаген состоит из 3 -гидроксипролина и 4 -гидроксипролина. ^{[ 8 ]} Гидроксилирование происходит при атоме γ-C, образуя гидроксипролин (HYP), который стабилизирует вторичную структуру коллагена из-за сильных электроотрицательных эффектов кислорода. ^{[ 9 ]} Гидроксилирование пролина также является жизненно важным компонентом ответа гипоксии посредством индуцируемых гипоксии факторов . В некоторых случаях пролин может быть гидроксилирован вместо этого на атом β-C. Лизин также может быть гидроксилирован на его атом Δ-C, образуя гидроксилизин (HYL). ^{[ 10 ]}

Эти три реакции катализируются очень большими многосубъединичными ферментами пролила 4-гидроксилазы , пролила 3-гидроксилазы и лизил 5-гидроксилазы соответственно. Эти реакции требуют железа (а также молекулярного кислорода и α-кетоглутарата ) для выполнения окисления, и используют аскорбиновую кислоту (витамин С), чтобы вернуть железо в его уменьшенное состояние. Депривация аскорбата приводит к дефицитам гидроксилирования пролина, что приводит к менее стабильному коллагену, который может проявляться как цинга заболевания . Поскольку цитрусовые фрукты богаты витамином С, британским морякам давали лаймы для борьбы с цингой на длинных океанских путешествиях; Следовательно, их называли « лимеями ». ^{[ 11 ]}

Несколько эндогенных белков содержат остатки гидроксифенилаланина и гидрокситирозина. Эти остатки образуются из -за гидроксилирования фенилаланина и тирозина, процесса, при котором гидроксилирование превращает остатки фенилаланина в остатки тирозина. Это очень важно для живых организмов, чтобы помочь им контролировать избыточные количества остатков фенилаланина. ^{[ 8 ]} Гидроксилирование остатков тирозина также очень важно в живых организмах, потому что гидроксилирование в С-3 тирозина создает 3,4-дигидрокси фенилаланин (допа), который является предшественником гормонов и может быть преобразован в дофамин.

Примеры

17α-гидроксилаза
Холестерин 7 альфа-гидроксилаза
Дофамин β-гидроксилаза
Фенилаланин гидроксилаза
Тирозин -гидроксилаза
Одним из примеров небиологического гидроксилирования является гидроксилирование пероксида водорода фенола с образованием гидрохинона .

Ссылки

^ Мидлтон, Эллиотт -младший; Кандасвами, Читан; Теохарид, Теохарис С. (2000). «Влияние флавоноидов растений на клетки млекопитающих: последствия воспаления, болезней сердца и рака». Фармакологические обзоры . 52 (4): 673–751. PMID 11121513 .
^ Цзя, Чэнгуо; Китамура, Цугио; Fujiwara, Yuzo (2001). «Каталитическая функционализация арены и алканов посредством активации связи C -H». Счета химических исследований . 34 (8): 633–639. doi : 10.1021/ar000209h . PMID 11513570 .
^ Колб, Хартмут С.; Vannieuwenhze, Michael S.; Sharpless, K. Barry (1994). «Каталитическое асимметричное дигидроксилирование». Химические обзоры . 94 (8): 2483–2547. doi : 10.1021/cr00032a009 .
^ Jump up to: ^а ^{беременный} Huang, x.; Groves, JT (2017). «Помимо парового опосредованного гидроксилирования: 40 лет механизма отскока и активации C-H» . Журнал биологической неорганической химии . 22 (2–3): 185–207. doi : 10.1007/s00775-016-1414-3 . PMC 5350257 . PMID 27909920 .
^ Cerniglia, Carl E. (1992). «Биодеградация полициклических ароматических углеводородов». Биодеградация . 3 (2–3): 351–368. doi : 10.1007/bf00129093 . S2CID 25516145 .
^ Нельсон, DL; Cox, MM "Lehninger, Принципы биохимии" 3 -е изд. Стоит публиковать: Нью -Йорк, 2000. ISBN 1-57259-153-6 . ^{[ страница необходима ]}
^ Zurlo, Giada; Го, Цзянпин; Такада, Мамору; Вэй, Вений; Чжан, Цин (декабрь 2016 г.). «Новое понимание гидроксилирования белка 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 .
^ Jump up to: ^а ^{беременный} Т. Шанта Раджу (2019), «Гидроксилирование белков», ко- и посттрансляционные модификации терапевтических антител и белков , Джон Вили и сыновья, с. 119–131, doi : 10.1002/9781119053354.Ch10 , ISBN . 978-1-119-05335-4 , S2CID 243626930
^ Холмгрен, Стивен К; Бретсчер, Линн Э; Тейлор, Кимберли М; Рейнс, Рональд Т. (1999). «Гиппер -коллаген имитирует» . Химия и биология . 6 (2): 63–70. doi : 10.1016/s1074-5521 (99) 80003-9 . PMID 10021421 .
^ Hausinger RP (январь -февраль 2004 г.). «Fe (II)/α-кетоглутарат-зависимые гидроксилазы и родственные ферменты». Критическое Преподобный Биохим. Мол Биол . 39 (1): 21–68. doi : 10.1080/10409230490440541 . PMID 15121720 . S2CID 85784668 .
^ Voet, Дональд; Voet, Джудит Г.; Пратт, Шарлотта В. (2016). Принципы биохимии . Уайли. п. 143. ISBN 978-1-119-45166-2 .

[1] Мидлтон, Эллиотт -младший; Кандасвами, Читан; Теохарид, Теохарис С. (2000). «Влияние флавоноидов растений на клетки млекопитающих: последствия воспаления, болезней сердца и рака». Фармакологические обзоры . 52 (4): 673–751. PMID 11121513 .

[2] Цзя, Чэнгуо; Китамура, Цугио; Fujiwara, Yuzo (2001). «Каталитическая функционализация арены и алканов посредством активации связи C -H». Счета химических исследований . 34 (8): 633–639. doi : 10.1021/ar000209h . PMID 11513570 .

[3] Колб, Хартмут С.; Vannieuwenhze, Michael S.; Sharpless, K. Barry (1994). «Каталитическое асимметричное дигидроксилирование». Химические обзоры . 94 (8): 2483–2547. doi : 10.1021/cr00032a009 .

[JTG-4] Jump up to: ^а ^{беременный} Huang, x.; Groves, JT (2017). «Помимо парового опосредованного гидроксилирования: 40 лет механизма отскока и активации C-H» . Журнал биологической неорганической химии . 22 (2–3): 185–207. doi : 10.1007/s00775-016-1414-3 . PMC 5350257 . PMID 27909920 .

[5] Cerniglia, Carl E. (1992). «Биодеградация полициклических ароматических углеводородов». Биодеградация . 3 (2–3): 351–368. doi : 10.1007/bf00129093 . S2CID 25516145 .

[6] Нельсон, DL; Cox, MM "Lehninger, Принципы биохимии" 3 -е изд. Стоит публиковать: Нью -Йорк, 2000. ISBN 1-57259-153-6 . ^{[ страница необходима ]}

[7] Zurlo, Giada; Го, Цзянпин; Такада, Мамору; Вэй, Вений; Чжан, Цин (декабрь 2016 г.). «Новое понимание гидроксилирования белка 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 .

[Raju_2019-8] Jump up to: ^а ^{беременный} Т. Шанта Раджу (2019), «Гидроксилирование белков», ко- и посттрансляционные модификации терапевтических антител и белков , Джон Вили и сыновья, с. 119–131, doi : 10.1002/9781119053354.Ch10 , ISBN . 978-1-119-05335-4 , S2CID 243626930

[9] Холмгрен, Стивен К; Бретсчер, Линн Э; Тейлор, Кимберли М; Рейнс, Рональд Т. (1999). «Гиппер -коллаген имитирует» . Химия и биология . 6 (2): 63–70. doi : 10.1016/s1074-5521 (99) 80003-9 . PMID 10021421 .

[pmid15121720-10] Hausinger RP (январь -февраль 2004 г.). «Fe (II)/α-кетоглутарат-зависимые гидроксилазы и родственные ферменты». Критическое Преподобный Биохим. Мол Биол . 39 (1): 21–68. doi : 10.1080/10409230490440541 . PMID 15121720 . S2CID 85784668 .

[11] Voet, Дональд; Voet, Джудит Г.; Пратт, Шарлотта В. (2016). Принципы биохимии . Уайли. п. 143. ISBN 978-1-119-45166-2 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]