В химии гидроксилирование может означать:
Установка гидроксильных групп в органические соединения может быть затронута различными металлическими катализаторами. Многие такие катализаторы являются биомиметическими, т.е. они вдохновлены или предназначены для имитации ферментов, таких как цитохром P450. [2]
В то время как многие гидроксилирования вставляют атомы O в связи C−H , некоторые реакции добавляют группы OH к ненасыщенным субстратам. Дигидроксилирование Шарплесса является такой реакцией: оно превращает алкены в диолы . Гидроксигруппы предоставляются перекисью водорода , которая присоединяется по двойной связи алкенов . [3]
В биохимии реакции гидроксилирования часто облегчаются ферментами , называемыми гидроксилазами . Связь C−H преобразуется в спирт путем вставки атома кислорода в связь C−H . Типичные стехиометрии для гидроксилирования углеводорода общего назначения следующие:
Поскольку сам O 2 является медленным и неселективным гидроксилирующим агентом, для ускорения темпа процесса и обеспечения селективности необходимы катализаторы. [4]
Гидроксилирование часто является первым шагом в деградации органических соединений в воздухе. Гидроксилирование важно для детоксикации, поскольку оно преобразует липофильные соединения в водорастворимые ( гидрофильные ) продукты, которые легче удаляются почками или печенью и выводятся из организма . Некоторые лекарства (например, стероиды ) активируются или дезактивируются гидроксилированием. [5]
Основным агентом гидроксилирования в природе является цитохром P-450 , известны сотни его вариаций. Другие гидроксилирующие агенты включают флавины, альфа-кетоглутарат-зависимые гидроксилазы (2-оксоглутарат-зависимые диоксигеназы) и некоторые дижелезные гидроксилазы. [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 с несколькими аминокислотами, такими как лизин, аспарагин, аспартат и гистидин, но наиболее часто гидроксилируемым аминокислотным остатком в человеческих белках является пролин . Это связано с тем, что коллаген составляет около 25–35% белка в нашем организме и содержит гидроксипролин почти в каждом 3-м остатке в своей аминокислотной последовательности. Коллаген состоит из остатков как 3-гидроксипролина, так и 4-гидроксипролина. [8] Гидроксилирование происходит на атоме γ-C, образуя гидроксипролин (Hyp), который стабилизирует вторичную структуру коллагена из-за сильных электроотрицательных эффектов кислорода. [9] Гидроксилирование пролина также является важным компонентом реакции на гипоксию через факторы, индуцируемые гипоксией . В некоторых случаях пролин может быть гидроксилирован вместо этого на его β-C атоме. Лизин также может быть гидроксилирован на его δ-C атоме, 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 используют аскорбиновую кислоту (витамин С) для возвращения железа в восстановленное состояние. Дефицит 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 лаймы для борьбы с цингой во время длительных океанских путешествий; отсюда их и название « лайми ». [11]
Несколько эндогенных белков содержат остатки гидроксифенилаланина и гидрокситирозина. Эти остатки образуются в результате гидроксилирования фенилаланина и тирозина, процесса, в котором гидроксилирование преобразует 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 в положении C-3 тирозина создает 3,4-дигидроксифенилаланин (ДОФА), который является предшественником гормонов и может быть преобразован в дофамин.
