Сульфатирование

Сульфатирование – это химическая реакция , которая влечет за собой присоединение группы SO ₃ . В принципе, многие сульфатации будут включать реакции триоксида серы (SO ₃ ). На практике большинство сульфатаций осуществляются менее напрямую. Независимо от механизма установка сульфатоподобной группы на подложку приводит к существенным изменениям.

Сульфатирование в промышленности

Сульфатирование оксидов кальция

Сульфатирование — это процесс, используемый для удаления «серы» при сжигании ископаемого топлива. Цель состоит в том, чтобы свести к минимуму загрязнение от сгоревших газов. При сжигании серосодержащего топлива выделяется диоксид серы , который в атмосфере окисляется до эквивалента серной кислоты , вызывающей коррозию. Чтобы свести к минимуму проблему, сжигание часто проводят в присутствии оксида кальция или карбоната кальция, которые прямо или косвенно связывают диоксид серы и некоторое количество кислорода с образованием сульфита кальция . ^[1] Чистая реакция:

СаО + _SO2 → _CaSO3

2 CaSO ₃ + O ₂ → 2 CaSO ₄

или итоговая реакция представляет собой сульфатирование, присоединение SO ₃ :

СаО + _SO3 → _CaSO3

В идеализированном сценарии сульфат кальция (гипс) используется в качестве строительного материала или, что менее желательно, выбрасывается на свалку.

Прочие неорганические сульфатации

Моющие средства, косметика и т.д.

Сульфатирование широко используется в производстве потребительских товаров, таких как моющие средства, шампуни и косметика. Поскольку сульфатная группа очень полярна, ее сопряжение с липофильным «хвостом» придает свойства поверхностно-активного вещества. Хорошо известными сульфатами являются лаурилсульфат натрия и лауретсульфат натрия . ^[2]

Алкилсульфаты получают из спиртов реакцией с хлорсерной кислотой : ^[3]

ClSO ₃ H + RCH2OH → ROSO ₃ H + HCl

Альтернативно, спирты можно сульфатировать до полусульфатных эфиров с использованием триоксида серы . Реакция протекает путем первоначального образования пиросульфата :

2 SO ₃ + RCH ₂ OH → RCH ₂ OSO ₂ −O−SO ₃ H

РЧ ₂ ОСО ₂ −O-SO ₃ H → РЧ ₂ ОСО ₃ H + SO ₃

Ежегодно таким способом производят несколько миллионов тонн сульфатов жирных кислот. Наиболее распространенным примером является додецилсульфат натрия (ДСН), полученный из лаурилового спирта . ^[4]

Сульфатирование в биологии

В биологии сульфатирование обычно осуществляется сульфотрансферазами , которые катализируют перенос эквивалента триоксида серы на субстратные спирты и фенолы, превращая последние в сложные эфиры сульфатов. ^[5]^[6] Источником группы SO ₃ обычно является 3'-фосфоаденозин-5'-фосфосульфат (PAPS). Когда субстратом является амин, в результате получается сульфамат . Сульфатирование является одним из основных путей посттрансляционной модификации белков. ^[7]

Сульфатирование участвует во множестве биологических процессов, включая детоксикацию, регуляцию гормонов, молекулярное распознавание, передачу сигналов в клетках и проникновение вируса в клетки. ^[6] Это одна из реакций фазы II метаболизма лекарств , которая часто эффективно снижает ксенобиотиков активность с фармакологической и токсикологической точки зрения, но иногда играет роль в активации ксенобиотиков (например, ароматических аминов , метилзамещенных полициклических ароматических углеводородов ). Сульфат является частью сульфолипидов , таких как сульфатиды , которые составляют 20% галактолипидов в миелине . Другой пример биологического сульфатирования — синтез сульфированных гликозаминогликанов , таких как гепарин , гепарансульфат , хондроитинсульфат и дерматансульфат . Сульфатирование также является возможной посттрансляционной модификацией белков.

Сульфатирование тирозина

Сульфатирование тирозина представляет собой посттрансляционную модификацию , при которой тирозиновый остаток белка сульфатируется тирозилпротеинсульфотрансферазой ( TPST), обычно в аппарате Гольджи . Секретируемые белки и внеклеточные части мембранных белков, проходящие через аппарат Гольджи, могут быть сульфатированы. Сульфатирование происходит у животных и растений, но не у прокариот или дрожжей. Сайты сульфатирования представляют собой остатки тирозина, выступающие на поверхности белка, обычно окруженные кислотными остатками. Функция сульфатирования остается неясной. ^[7]

Регуляция сульфатации тирозина

Очень ограниченные данные свидетельствуют о том, что гены TPST подлежат транскрипционной регуляции, а тирозин- O -сульфат очень стабилен и не может быть легко расщеплен сульфатазами млекопитающих. сульфатирование тирозина О- представляет собой необратимый процесс in vivo . Антитело под названием PSG2 демонстрирует высокую чувствительность и специфичность к эпитопам, содержащим сульфотирозин, независимо от контекста последовательности. Разрабатываются новые инструменты для изучения TPST с использованием синтетических пептидов и скрининга малых молекул. ^[8]

Морские травы

Многие съедобные морские водоросли состоят из высокосульфатированных полисахаридов. ^[9] Эволюция нескольких сульфотрансфераз, по-видимому, облегчила адаптацию наземных предков морских трав к новой морской среде обитания. ^[10]^[11]

См. также

Ссылки

^ Энтони, Э.Дж.; Гранатштейн, Д.Л. (2001). «Явления сульфатации в системах сгорания с кипящим слоем». Прогресс в области энергетики и науки о горении . 27 (2): 215–236. дои : 10.1016/S0360-1285(00)00021-6 .
^ Эдуард Смолдерс, Вольфганг фон Рыбински, Эрик Сунг, Вильфред Рэзе, Йозеф Стебер, Фредерика Вибель, Анетт Нордског «Средства для стирки» в Энциклопедии промышленной химии Ульмана 2007, Wiley-VCH, Weinheim. два : 10.1002/14356007.a08_315.pub2 .
^ Клаус Новек, Вольфганг Графаренд, «Жирные спирты» в Энциклопедии промышленной химии Ульмана, 2006, Wiley-VCH, Вайнхайм. два : 10.1002/14356007.a10_277.pub2
^ Хольмберг, Кристер (2019). «Поверхностно-активные вещества». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . стр. 1–56. дои : 10.1002/14356007.a25_747.pub2 . ISBN 978-3-527-30673-2 .
^ Глатт, Хансруди (2000). «Сульфотрансферазы в биоактивации ксенобиотиков». Химико-биологические взаимодействия . 129 (1–2): 141–170. дои : 10.1016/S0009-2797(00)00202-7 . ПМИД 11154739 .
^ Jump up to: ^а ^б Чепмен, Эли; Бест, Майкл Д.; Хэнсон, Сара Р.; Вонг, Чи-Хьюи (5 июля 2004 г.). «Сульфотрансферазы: структура, механизм, биологическая активность, ингибирование и синтетическая полезность». Angewandte Chemie, международное издание . 43 (27): 3526–3548. дои : 10.1002/anie.200300631 . ISSN 1521-3773 . ПМИД 15293241 .
^ Jump up to: ^а ^б Уолш, Гэри; Джефферис, Рой (2006). «Посттрансляционные модификации в контексте терапевтических белков». Природная биотехнология . 24 (10): 1241–1252. дои : 10.1038/nbt1252 . ПМИД 17033665 . S2CID 33899490 .
^ Бирн, ДП (2018). «Новые инструменты для оценки сульфатирования тирозина белка: тирозилпротеинсульфотрансферазы (TPST) являются новыми мишенями для ингибиторов протеинкиназы RAF» . Биохимический журнал . 475 (15): 2435–2455. дои : 10.1042/BCJ20180266 . ПМК 6094398 . ПМИД 29934490 .
^ Цзяо, Гуанлин; Ю, Гуанли; Чжан, Цзюньцзэн; Юарт, Х. (2011). «Химическая структура и биоактивность сульфатированных полисахаридов морских водорослей» . Морские наркотики . 9 (2): 196–223. дои : 10.3390/md9020196 . ПМК 3093253 . ПМИД 21566795 .
^ Олсен, Джанин Л.; и др. (2016). «Геном морской травы Zostera marina демонстрирует адаптацию покрытосеменных растений к морю» . Природа . 530 (7590): 331–335. Бибкод : 2016Natur.530..331O . дои : 10.1038/nature16548 . hdl : 10754/595150 . ПМИД 26814964 . S2CID 3713147 .
^ Пфайфер, Лукас; Классен, Биргит (2020). «Клеточная стенка морских трав: захватывающая, необычная и чистый холст для будущих исследований» . Границы в науке о растениях . 11 : 588754. doi : 10.3389/fpls.2020.588754 . ПМЦ 7644952 . ПМИД 33193541 .

Мур К.Л. (2003). «Биология и энзимология О-сульфатирования тирозина белка» . Ж. Биол. Хим . 278 (27): 24243–6. дои : 10.1074/jbc.R300008200 . ПМИД 12730193 .
Хоффайнс Эй Джей; Дамок, Э; Бриджес, КГ; Лири, Дж.А.; Мур, КЛ (2006). «Обнаружение и очистка тирозинсульфатированных белков с использованием нового моноклонального антитела против сульфотирозина» . Ж. Биол. Хим . 281 (49): 37877–87. дои : 10.1074/jbc.M609398200 . ПМК 1764208 . ПМИД 17046811 .

[1] Энтони, Э.Дж.; Гранатштейн, Д.Л. (2001). «Явления сульфатации в системах сгорания с кипящим слоем». Прогресс в области энергетики и науки о горении . 27 (2): 215–236. дои : 10.1016/S0360-1285(00)00021-6 .

[2] Эдуард Смолдерс, Вольфганг фон Рыбински, Эрик Сунг, Вильфред Рэзе, Йозеф Стебер, Фредерика Вибель, Анетт Нордског «Средства для стирки» в Энциклопедии промышленной химии Ульмана 2007, Wiley-VCH, Weinheim. два : 10.1002/14356007.a08_315.pub2 .

[3] Клаус Новек, Вольфганг Графаренд, «Жирные спирты» в Энциклопедии промышленной химии Ульмана, 2006, Wiley-VCH, Вайнхайм. два : 10.1002/14356007.a10_277.pub2

[Ullmann-4] Хольмберг, Кристер (2019). «Поверхностно-активные вещества». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . стр. 1–56. дои : 10.1002/14356007.a25_747.pub2 . ISBN 978-3-527-30673-2 .

[5] Глатт, Хансруди (2000). «Сульфотрансферазы в биоактивации ксенобиотиков». Химико-биологические взаимодействия . 129 (1–2): 141–170. дои : 10.1016/S0009-2797(00)00202-7 . ПМИД 11154739 .

[:0-6] Jump up to: ^а ^б Чепмен, Эли; Бест, Майкл Д.; Хэнсон, Сара Р.; Вонг, Чи-Хьюи (5 июля 2004 г.). «Сульфотрансферазы: структура, механизм, биологическая активность, ингибирование и синтетическая полезность». Angewandte Chemie, международное издание . 43 (27): 3526–3548. дои : 10.1002/anie.200300631 . ISSN 1521-3773 . ПМИД 15293241 .

[Walsh-7] Jump up to: ^а ^б Уолш, Гэри; Джефферис, Рой (2006). «Посттрансляционные модификации в контексте терапевтических белков». Природная биотехнология . 24 (10): 1241–1252. дои : 10.1038/nbt1252 . ПМИД 17033665 . S2CID 33899490 .

[8] Бирн, ДП (2018). «Новые инструменты для оценки сульфатирования тирозина белка: тирозилпротеинсульфотрансферазы (TPST) являются новыми мишенями для ингибиторов протеинкиназы RAF» . Биохимический журнал . 475 (15): 2435–2455. дои : 10.1042/BCJ20180266 . ПМК 6094398 . ПМИД 29934490 .

[9] Цзяо, Гуанлин; Ю, Гуанли; Чжан, Цзюньцзэн; Юарт, Х. (2011). «Химическая структура и биоактивность сульфатированных полисахаридов морских водорослей» . Морские наркотики . 9 (2): 196–223. дои : 10.3390/md9020196 . ПМК 3093253 . ПМИД 21566795 .

[Olsen2016-10] Олсен, Джанин Л.; и др. (2016). «Геном морской травы Zostera marina демонстрирует адаптацию покрытосеменных растений к морю» . Природа . 530 (7590): 331–335. Бибкод : 2016Natur.530..331O . дои : 10.1038/nature16548 . hdl : 10754/595150 . ПМИД 26814964 . S2CID 3713147 .

[Pfeifer2020-11] Пфайфер, Лукас; Классен, Биргит (2020). «Клеточная стенка морских трав: захватывающая, необычная и чистый холст для будущих исследований» . Границы в науке о растениях . 11 : 588754. doi : 10.3389/fpls.2020.588754 . ПМЦ 7644952 . ПМИД 33193541 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]