Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
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 [ править ]

Синтетические гидроксилирования [ править ]

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. [2]

В то время как многие гидроксилирования вставляют атомы O в связи CH, некоторые реакции добавляют группы OH к ненасыщенным субстратам. Дигидроксилирования Шарплесс такая реакция: он преобразует алкен в диолы . Гидроксигруппы представлены перекисью водорода , которая присоединяется по двойной связи алкенов . [3]

Биологическое гидроксилирование [ править ]

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 О 2 является медленным и неселективным гидроксилирующим агентом, катализаторы необходимы для ускорения процесса и повышения селективности. [4]

Гидроксилирование часто является первым шагом в разложении 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. [5]

Основным агентом гидроксилирования в природе является цитохром P-450 , сотни разновидностей которого известны. Другие гидроксилирующие агенты включают флавины, альфа-кетоглутарат-зависимые гидроксилазы и некоторые гидроксилазы ди железа. [6]

Шаги в механизме отскока кислорода, который объясняет многие гидроксилирования, катализируемые железом: отщепление H-атома, отскок кислорода, декомплексирование спирта. [4]

Белков [ править ]

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 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. [8]Гидроксилирование происходит по атому γ-C, образуя гидроксипролин (Hyp), который стабилизирует вторичную структуру коллагена из-за сильного электроотрицательного воздействия кислорода. [9] пролин гидроксилирования также является жизненно важным компонентом гипоксия ответ через индуцируемый гипоксией факторов . В некоторых случаях пролин может быть гидроксилирован вместо его β-C атома. Лизин также может быть гидроксилирован по своему δ-C атому, образуя гидроксилизин (Hyl). [10]

Эти три реакции катализируются очень большими 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 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 как болезнь цинга . Поскольку цитрусовые богаты витамином С, британским морякам давали лайм.для борьбы с цингой в дальних океанских путешествиях; следовательно, они были названы «липами». [11]

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. [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 [ править ]

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

Ссылки [ править ]

  1. ^ Миддлтон, Эллиотт-младший; Кандасвами, Читан; Теохаридес, Теохарис С. (2000). «Влияние растительных флавоноидов на клетки млекопитающих: последствия для воспаления, сердечных заболеваний 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 .; Groves, 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». Биодеградация . 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 . [ требуется страница ] 
  7. ^ Зурло, Гиада; 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 & 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.