stringtranslate.com

Карбоксилирование

Карбоксилирование — это химическая реакция , в которой карбоновая кислота образуется при обработке субстрата диоксидом углерода . [1] Противоположная реакция — декарбоксилирование . В химии термин «карбонизация» иногда используется как синоним карбоксилирования, особенно применительно к реакции карбанионных реагентов с CO2 . В более общем смысле, карбонизация обычно описывает получение карбонатов . [2]

Органическая химия

Карбоксилирование — это стандартное преобразование в органической химии . [3] В частности, карбонизация (т.е. карбоксилирование) реактивов Гриньяра и литийорганических соединений — это классический способ преобразования органических галогенидов в карбоновые кислоты. [4]

Салицилат натрия , предшественник аспирина , в промышленных масштабах получают обработкой фенолята натрия (натриевой соли фенола ) диоксидом углерода при высоком давлении (100 атм) и высокой температуре (390 К) – метод, известный как реакция Кольбе-Шмитта . Подкисление полученной соли салицилата дает салициловую кислоту.

Многие подробные процедуры описаны в журнале Organic Syntheses . [5] [6] [7]

Катализаторы карбоксилирования включают N-гетероциклические карбены [8] и катализаторы на основе серебра. [9]

Карбоксилирование в биохимии

Жизнь на основе углерода происходит из карбоксилирования, которое связывает атмосферный углекислый газ с сахаром. Процесс обычно катализируется ферментом RuBisCO . Рибулозо-1,5-бисфосфаткарбоксилаза/оксигеназа , фермент, катализирующий это карбоксилирование, возможно, является единственным наиболее распространенным белком на Земле. [10] [11] [12]

Цикл Кальвина , демонстрирующий карбоксилирование рибулозо-1,5-бисфосфата.
Карбоксиглутаминовая кислота

Многие карбоксилазы, включая ацетил-КоА-карбоксилазу , метилкротонил-КоА-карбоксилазу , пропионил-КоА-карбоксилазу и пируваткарбоксилазу , требуют биотин в качестве кофактора. Эти ферменты участвуют в различных биогенных путях. [13] В схеме EC такие карбоксилазы классифицируются под EC 6.3.4, «Другие углеродно-азотные лигазы».

Другим примером является посттрансляционная модификация остатков глутамата в γ-карбоксиглутамат в белках. Это происходит в первую очередь в белках, участвующих в каскаде свертывания крови , в частности, в факторах II, VII, IX и X, протеине C и протеине S, а также в некоторых костных белках. Эта модификация необходима для функционирования этих белков. Карбоксилирование происходит в печени и выполняется γ-глутамилкарбоксилазой (GGCX). [14] GGCX требует витамина K в качестве кофактора и выполняет реакцию процессивным образом. [15] γ-карбоксиглутамат связывает кальций, который необходим для его активности. [16] Например, в протромбине связывание кальция позволяет белку связываться с плазматической мембраной в тромбоцитах , приближая его к белкам, которые расщепляют протромбин до активного тромбина после травмы. [17]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ «Карбоксилирование: введение карбоксильной группы в молекулу или соединение с образованием карбоновой кислоты или карбоксилата; пример этого». Оксфордский словарь английского языка. Издательство Оксфордского университета. 2018.
  2. ^ «Карбонизация: пропитка или обработка диоксидом углерода; превращение в карбонат». Оксфордский словарь английского языка. Издательство Оксфордского университета. 2018.
  3. ^ Braunstein, Pierre; Matt, Dominique; Nobel, Dominique (август 1988 г.). «Реакции углекислого газа с образованием связи углерод-углерод, катализируемые комплексами переходных металлов». Chemical Reviews . 88 (5): 747–764. doi :10.1021/cr00087a003.
  4. ^ AM Appel; et al. (2013). «Границы, возможности и проблемы биохимического и химического катализа фиксации CO2». Chem. Rev. 113 ( 8): 6621–6658. doi : 10.1021/cr300463y. PMC 3895110. PMID  23767781. 
  5. ^ Акира Янагисава; Кацутака Ясуэ; Хисаши Ямамото (1997). "Регио- и стереоселективное карбоксилирование аллильных бариевых реагентов: (E)-4,8-диметил-3,7-нонадиеновая кислота". Органические синтезы . 74 : 178. doi :10.15227/orgsyn.074.0178.
  6. ^ Х. Кох; В. Хааф (1964). «1-адамантанкарбоновая кислота». Органические синтезы . 44 : 1. дои : 10.15227/orgsyn.044.0001.
  7. ^ W. Haaf (1966). "1-Метилциклогексанкарбоновая кислота". Органические синтезы . 46 : 72. doi :10.15227/orgsyn.046.0072.
  8. ^ Чжан Лян (2013). «N-Гетероциклический карбен (NHC)–катализируемые медью превращения диоксида углерода». Химическая наука . 4 (9): 3395. doi :10.1039/C3SC51070K.
  9. ^ K. Sekine; T. Yamada (2016). «Карбоксилирование, катализируемое серебром». Chem. Soc. Rev. 45 ( 16): 4524–4532. doi : 10.1039/C5CS00895F . PMID  26888406.
  10. ^ Dhingra A, Portis AR, Daniell H (апрель 2004 г.). «Усиленная трансляция экспрессируемого в хлоропласте гена RbcS восстанавливает уровни малых субъединиц и фотосинтез в антисмысловых растениях с ядерным RbcS». Proc. Natl. Acad. Sci. USA . 101 (16): 6315–20. Bibcode :2004PNAS..101.6315D. doi : 10.1073/pnas.0400981101 . PMC 395966 . PMID  15067115. (Рубиско) является наиболее распространенным ферментом на этой планете, на его долю приходится 30–50% от общего количества растворимого белка в хлоропласте; 
  11. ^ Феллер У., Андерс И., Мэй Т. (2008). «Рубисколитики: судьба Рубиско после прекращения его ферментативной функции в клетке» (PDF) . J. Exp. Bot . 59 (7): 1615–24. doi :10.1093/jxb/erm242. PMID  17975207.
  12. ^ Raven, John A. (апрель 2013 г.). «Рубиско: все еще самый распространенный белок Земли?». New Phytologist . 198 (1): 1–3. doi : 10.1111/nph.12197 . PMID  23432200.
  13. ^ «Биотин – Информационный листок для специалистов здравоохранения». Управление пищевых добавок, Национальные институты здравоохранения США . 8 декабря 2017 г. Получено 25 февраля 2018 г.
  14. ^ OMIM - гамма-глутамилкарбоксилаза, предоставлено McKusick VA, последнее обновление октябрь 2004 г. [1]
  15. ^ Morris DP, Stevens RD, Wright DJ, Stafford DW (1995). «Процессивная посттрансляционная модификация. Витамин К-зависимое карбоксилирование пептидного субстрата». J. Biol. Chem . 270 (51): 30491–8. doi : 10.1074/jbc.270.51.30491 . PMID  8530480.
  16. ^ Hauschka PV, Lian JB, Gallop PM (1975). «Прямая идентификация кальций-связывающей аминокислоты, гамма-карбоксиглутамата, в минерализованной ткани». Proc. Natl. Acad. Sci. USA . 72 (10): 3925–9. Bibcode :1975PNAS...72.3925H. doi : 10.1073/pnas.72.10.3925 . PMC 433109 . PMID  1060074. 
  17. ^ Берг Дж. М., Тимочко Дж. Л., Страйер Л. Биохимия , 5-е изд. Нью-Йорк: WH Freeman and Company, 2002.