В химии гидроксилирование может означать :
Установка гидроксильных групп в органические соединения может осуществляться с помощью различных металлических катализаторов. 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 реакции гидроксилирования вводят атомы O в связи CH , некоторые реакции добавляют группы OH к ненасыщенным субстратам. Такой реакцией является дигидроксилирование Шарплесса : она превращает алкены в диолы . Гидроксигруппы обеспечиваются перекисью водорода , которая присоединяется по двойной связи алкенов . [3]
В биохимии реакции гидроксилирования часто облегчаются ферментами , называемыми гидроксилазами . Связь C-H превращается в спирт путем внедрения атома кислорода в связь C-H . Типичные стехиометрии гидроксилирования обычного углеводорода следующие:
Поскольку O 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]
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 за счет нескольких аминокислот, 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 из-за сильного электроотрицательного воздействия кислорода. [9] Гидроксилирование пролина также является жизненно важным компонентом реакции на гипоксию посредством факторов, индуцируемых гипоксией . 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 недостаточности 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-дигидрокси фенилаланин (ДОФА), который является предшественником гормонов и может превращаться в дофамин.