stringtranslate.com

Гидроксилирование

В химии гидроксилирование может означать :

Реакции гидроксилирования

Синтетические гидроксилирования

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]

Биологическое гидроксилирование

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]

Этапы механизма отскока кислорода , которые объясняют многие гидроксилирования, катализируемые железом: отщепление атома водорода, 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 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.

Примеры

Рекомендации

  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.
  4. ^ Аб Хуан, 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. 
  8. ^ ab 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.
  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. PMID  15121720. S2CID  85784668.
  11. ^ Воэт, Дональд; Воэт, Джудит Г.; Пратт, Шарлотта В. (2016). Принципы биохимии . Уайли. п. 143. ИСБН 978-1-119-45166-2.