Гидроксилирование

В химии гидроксилирование может означать:

(i) чаще всего гидроксилирование описывает химический процесс, в ходе которого образуется гидроксильная группа ( −OH ) в органическое соединение .
(ii) степень гидроксилирования относится к числу ОН-групп в молекуле. Характер гидроксилирования относится к расположению гидроксильных групп на молекуле или материале. ^{[ 1 ]}

Реакции гидроксилирования

Синтетические гидроксилирования

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

В то время как многие гидроксилирования вставляют атомы О в Связи C-H , некоторые реакции добавляют группы OH к ненасыщенным субстратам. : дигидроксилирование Шарплесса Такой реакцией является она превращает алкены в диолы . Гидроксигруппы обеспечиваются перекисью водорода , которая присоединяется по двойной связи алкенов . ^{[ 3 ]}

Биологическое гидроксилирование

В биохимии реакции гидроксилирования часто облегчаются ферментами, называемыми гидроксилазами . А Связь C-H превращается в спирт путем внедрения атома кислорода в C-H Связь . Типичные стехиометрии гидроксилирования обычного углеводорода следующие:

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

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

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

Гидроксилирование часто является первым шагом в разложении органических соединений в 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 путем гидроксилирования. ^{[ 5 ]}

Основным агентом гидроксилирования в природе является цитохром Р-450 , известны сотни вариаций. Другие гидроксилирующие агенты включают флавины, альфа-кетоглутарат-зависимые гидроксилазы (2-оксоглутарат-зависимые диоксигеназы) и некоторые дижелезогидроксилазы. ^{[ 6 ]}

Этапы механизма отскока кислорода , которые объясняют многие гидроксилирования, катализируемые железом: отщепление атома H, отскок кислорода, декомплексирование спирта. ^{[ 4 ]}

Из белков

Гидроксилирование белков происходит как посттрансляционная модификация и катализируется 2-оксоглутарат-зависимыми диоксигеназами. ^{[ 7 ]} Когда молекулы гидроксилируются, они становятся более водорастворимыми, что влияет на их структуру и функцию. Это может происходить на нескольких аминокислотах, таких как лизин, аспарагин, аспартат и гистидин, но наиболее часто гидроксилируемым 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 его аминокислотной последовательности. Коллаген состоит как из остатков 3-гидроксипролина, так и из остатков 4-гидроксипролина. ^{[ 8 ]} Гидроксилирование происходит по атому γ-C с образованием гидроксипролина (Hyp), который стабилизирует вторичную структуру коллагена за счет сильного электроотрицательного действия кислорода. ^{[ 9 ]} Гидроксилирование пролина также является жизненно важным компонентом реакции на гипоксию через факторы, индуцирующие гипоксию . В некоторых случаях пролин может быть гидроксилирован по атому β-C. Лизин также может быть гидроксилирован по атому δ-C с образованием гидроксилизина (Hyl). ^{[ 10 ]}

Эти три реакции катализируются очень крупными многосубъединичными ферментами пролил-4-гидроксилазой , пролил-3-гидроксилазой и лизил-5-гидроксилазой соответственно. Эти реакции требуют железа (а также молекулярного кислорода и α-кетоглутарата ) для осуществления окисления и использования аскорбиновой кислоты (витамина С) для возврата железа в восстановленное состояние. Лишение аскорбата приводит к дефициту гидроксилирования пролина, что приводит к менее стабильному коллагену, что может проявиться как заболевание цинга . Поскольку цитрусовые богаты витамином С, британским морякам давали лаймы для борьбы с цингой во время длительных океанских путешествий; поэтому их называли « лаймами ». ^{[ 11 ]}

Некоторые эндогенные белки содержат остатки гидроксифенилаланина и гидрокситирозина. Эти остатки образуются в результате гидроксилирования фенилаланина и тирозина - процесса, при котором гидроксилирование превращает остатки фенилаланина в остатки тирозина. Это очень важно для живых организмов, поскольку помогает им контролировать избыточное количество остатков фенилаланина. ^{[ 8 ]} 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.

Примеры

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

Ссылки

^ Миддлтон, Эллиотт-младший; Кандасвами, Читан; Теохаридес, Теохарис К. (2000). «Воздействие растительных флавоноидов на клетки млекопитающих: последствия для воспалений, болезней сердца и рака». Фармакологические обзоры . 52 (4): 673–751. ПМИД 11121513 .
^ Цзя, Чэнго; Китамура, Цугио; Фудзивара, Юзо (2001). «Каталитическая функционализация аренов и алканов посредством активации связи C-H». Отчеты о химических исследованиях . 34 (8): 633–639. дои : 10.1021/ar000209h . ПМИД 11513570 .
^ Колб, Хартмут К.; Ванниевенце, Майкл С.; Шарплесс, К. Барри (1994). «Каталитическое асимметрическое дигидроксилирование». Химические обзоры . 94 (8): 2483–2547. дои : 10.1021/cr00032a009 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Хуанг, X.; Гроувс, Дж. Т. (2017). «Помимо гидроксилирования, опосредованного феррилом: 40 лет механизма отскока и активации C – H» . Журнал биологической неорганической химии . 22 (2–3): 185–207. дои : 10.1007/s00775-016-1414-3 . ПМК 5350257 . ПМИД 27909920 .
^ Чернилья, Карл Э. (1992). «Биодеградация полициклических ароматических углеводородов». Биодеградация . 3 (2–3): 351–368. дои : 10.1007/BF00129093 . S2CID 25516145 .
^ Нельсон, DL; Кокс, М.М. «Ленингер, Принципы биохимии» 3-е изд. Стоит публикации: Нью-Йорк, 2000. ISBN 1-57259-153-6 . ^{[ нужна страница ]}
^ Зурло, Джада; Го, Цзяньпин; Такада, Мамору; Вэй, Вэньи; Чжан, Цин (декабрь 2016 г.). «Новый взгляд на гидроксилирование белка и его важную роль в заболеваниях человека» . Biochimica et Biophysical Acta (BBA) - Обзоры о раке . 1866 (2): 208–220. дои : 10.1016/j.bbcan.2016.09.004 . ISSN 0006-3002 . ПМК 5138100 . ПМИД 27663420 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Т. Шанта Раджу (2019), «Гидроксилирование белков», Ко- и посттрансляционные модификации терапевтических антител и белков , John Wiley & Sons, стр. 119–131, doi : 10.1002/9781119053354.ch10 , ISBN 978-1-119-05335-4 , S2CID 243626930
^ Холмгрен, Стивен К.; Бретшер, Линн Э; Тейлор, Кимберли М; Рейнс, Рональд Т. (1999). «Гиперстабильный мимик коллагена» . Химия и биология . 6 (2): 63–70. дои : 10.1016/S1074-5521(99)80003-9 . ПМИД 10021421 .
^ Хаузингер Р.П. (январь – февраль 2004 г.). «Fe (II) / α-кетоглутарат-зависимые гидроксилазы и родственные ферменты». Крит. Преподобный Биохим. Мол. Биол . 39 (1): 21–68. дои : 10.1080/10409230490440541 . ПМИД 15121720 . S2CID 85784668 .
^ Воэт, Дональд; Воэт, Джудит Г.; Пратт, Шарлотта В. (2016). Принципы биохимии . Уайли. п. 143. ИСБН 978-1-119-45166-2 .

[1] Миддлтон, Эллиотт-младший; Кандасвами, Читан; Теохаридес, Теохарис К. (2000). «Воздействие растительных флавоноидов на клетки млекопитающих: последствия для воспалений, болезней сердца и рака». Фармакологические обзоры . 52 (4): 673–751. ПМИД 11121513 .

[2] Цзя, Чэнго; Китамура, Цугио; Фудзивара, Юзо (2001). «Каталитическая функционализация аренов и алканов посредством активации связи C-H». Отчеты о химических исследованиях . 34 (8): 633–639. дои : 10.1021/ar000209h . ПМИД 11513570 .

[3] Колб, Хартмут К.; Ванниевенце, Майкл С.; Шарплесс, К. Барри (1994). «Каталитическое асимметрическое дигидроксилирование». Химические обзоры . 94 (8): 2483–2547. дои : 10.1021/cr00032a009 .

[JTG-4] Перейти обратно: ^а ^б Хуанг, X.; Гроувс, Дж. Т. (2017). «Помимо гидроксилирования, опосредованного феррилом: 40 лет механизма отскока и активации C – H» . Журнал биологической неорганической химии . 22 (2–3): 185–207. дои : 10.1007/s00775-016-1414-3 . ПМК 5350257 . ПМИД 27909920 .

[5] Чернилья, Карл Э. (1992). «Биодеградация полициклических ароматических углеводородов». Биодеградация . 3 (2–3): 351–368. дои : 10.1007/BF00129093 . S2CID 25516145 .

[6] Нельсон, DL; Кокс, М.М. «Ленингер, Принципы биохимии» 3-е изд. Стоит публикации: Нью-Йорк, 2000. ISBN 1-57259-153-6 . ^{[ нужна страница ]}

[7] Зурло, Джада; Го, Цзяньпин; Такада, Мамору; Вэй, Вэньи; Чжан, Цин (декабрь 2016 г.). «Новый взгляд на гидроксилирование белка и его важную роль в заболеваниях человека» . Biochimica et Biophysical Acta (BBA) - Обзоры о раке . 1866 (2): 208–220. дои : 10.1016/j.bbcan.2016.09.004 . ISSN 0006-3002 . ПМК 5138100 . ПМИД 27663420 .

[Raju_2019-8] Перейти обратно: ^а ^б Т. Шанта Раджу (2019), «Гидроксилирование белков», Ко- и посттрансляционные модификации терапевтических антител и белков , John Wiley & Sons, стр. 119–131, doi : 10.1002/9781119053354.ch10 , ISBN 978-1-119-05335-4 , S2CID 243626930

[9] Холмгрен, Стивен К.; Бретшер, Линн Э; Тейлор, Кимберли М; Рейнс, Рональд Т. (1999). «Гиперстабильный мимик коллагена» . Химия и биология . 6 (2): 63–70. дои : 10.1016/S1074-5521(99)80003-9 . ПМИД 10021421 .

[pmid15121720-10] Хаузингер Р.П. (январь – февраль 2004 г.). «Fe (II) / α-кетоглутарат-зависимые гидроксилазы и родственные ферменты». Крит. Преподобный Биохим. Мол. Биол . 39 (1): 21–68. дои : 10.1080/10409230490440541 . ПМИД 15121720 . S2CID 85784668 .

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

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]