Гидроксилирование органических соединений: механизмы и значение
Hydroxylation
Гидроксилирование в химии: добавление –OH группы к органическим соединениям. Катализаторы, степень и паттерн гидроксилирования. Биомиметические процессы.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Химическая реакция, в результате которой к органическому соединению присоединяется группа –OH.
Chemical reaction which adds an –OH group to an organic compound
В химии гидроксиляция может означать: (i) наиболее часто гидроксиляцией называют химический процесс, в ходе которого в органическое соединение вводится гидроксильная группа (–OH). (ii) степень гидроксиляции – это количество OH-групп в молекуле. Расположение гидроксильных групп (паттерн гидроксиляции) – это положение гидроксигрупп на молекуле или материале.
In chemistry, hydroxylation can refer to:
(i) most commonly, hydroxylation describes a chemical process that introduces a hydroxyl group (|\sOH) into an organic compound. (ii) the degree of hydroxylation refers to the number of OH groups in a molecule. The pattern of hydroxylation refers to the location of hydroxy groups on a molecule or material.
Синтетические гидроксиляции
Введение гидроксильных групп в органические соединения может быть осуществлено с использованием различных металлических катализаторов. Многие из этих катализаторов являются биомиметическими, то есть вдохновлены или разработаны для имитации ферментов, таких как цитохром P450. В то время как многие реакции гидроксилирования вводят атомы кислорода в связи C-H, некоторые реакции присоединяют гидроксильные группы к ненасыщенным субстратам. Дигидроксилирование по Шарплессу – пример такой реакции: оно превращает алкены в диолы. Гидроксильные группы поставляются перекисью водорода, которая присоединяется к двойной связи алкенов.
Installing hydroxyl groups into organic compounds can be effected by various metal catalysts. Many such catalysts are biomimetic, i. e. they are inspired by or intended to mimic enzymes such as cytochrome P450. Whereas many hydroxylations insert O atoms into |C\sH bonds, some reactions add OH groups to unsaturated substrates. The Sharpless dihydroxylation is such a reaction: it converts alkenes into diols. The hydroxy groups are provided by hydrogen peroxide, which adds across the double bond of alkenes.
из белков
Гидроксилирование белков происходит как посттрансляционная модификация и катализируется 2-оксоглутарат-зависимыми диоксигеназами. 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 гидроксилируемым остатком аминокислоты в белках человека является пролин. Это связано с тем, что коллаген составляет около 25–35% белка в организме и содержит гидроксипролин почти в каждом третьем остатке в своей аминокислотной последовательности. Коллаген состоит из остатков как 3-гидроксипролина, так и 4-гидроксипролина. Гидроксилирование происходит у γ-углеродного атома, образуя гидроксипролин (Hyp), который стабилизирует вторичную структуру коллагена благодаря сильному электроотрицательному эффекту кислорода. Гидроксилирование пролина также является важным компонентом ответа на гипоксию посредством факторов, индуцируемых гипоксией. В некоторых случаях пролин может гидроксилироваться вместо этого у β-углеродного атома. Лизин также может гидроксилироваться у δ-углеродного атома, образуя гидроксилизин (Hyl). Эти три реакции катализируются очень крупными мультисубъединичными 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 используют аскорбиновую кислоту (витамин C) для восстановления железа до его восстановленной формы. Дефицит аскорбата приводит к нарушению гидроксилирования пролина, что приводит к менее стабильному коллагену, который может проявляться в виде цинги. Поскольку цитрусовые богаты витамином C, британские моряки получали лаймы для борьбы с цингой во время длительных морских путешествий, поэтому их называли "лайми". Некоторые эндогенные белки содержат остатки гидроксифенилаланина и гидрокситирозина. Эти остатки образуются в результате гидроксилирования фенилаланина и тирозина, процесса, в котором гидроксилирование превращает остатки фенилаланина в остатки тирозина. Это очень важно для живых организмов, чтобы контролировать избыток остатков фенилаланина. Гидроксилирование остатков тирозина также очень важно для живых организмов, поскольку гидроксилирование тирозина в положении C3 создает 3,4-дигидроксифенилаланин (DOPA), который является предшественником гормонов и может быть преобразован в дофамин.
The hydroxylation of proteins occurs as a post translational modification, and is catalyzed by 2 oxoglutarate dependent dioxygenases. When molecules are hydroxylated, they become more water‐soluble, which affects their structure and function. It can take place on several amino acids, like lysine, asparagine, aspartate and histidine, but the most frequently hydroxylated amino acid residue in human proteins is proline. This is due to the fact that collagen makes up about 25–35% of the protein in our bodies and contains a hydroxyproline at almost every 3rd residue in its amino acid sequence. Collagen consists of both 3‐hydroxyproline and 4‐hydroxyproline residues. Hydroxylation occurs at the γ C atom, forming hydroxyproline (Hyp), which stabilizes the secondary structure of collagen due to the strong electronegative effects of oxygen. Proline hydroxylation is also a vital component of hypoxia response via hypoxia inducible factors. In some cases, proline may be hydroxylated instead on its β C atom. Lysine may also be hydroxylated on its δ C atom, forming hydroxylysine (Hyl). These three reactions are catalyzed by very large, multi subunit enzymes prolyl 4 hydroxylase, prolyl 3 hydroxylase and lysyl 5 hydroxylase, respectively. These reactions require iron (as well as molecular oxygen and α ketoglutarate) to carry out the oxidation, and use ascorbic acid (vitamin C) to return the iron to its reduced state. Deprivation of ascorbate leads to deficiencies in proline hydroxylation, which leads to less stable collagen, which can manifest itself as the disease scurvy. Since citrus fruits are rich in vitamin C, British sailors were given limes to combat scurvy on long ocean voyages; hence, they were called "limeys". Several endogenous proteins contain hydroxyphenylalanine and hydroxytyrosine residues. These residues are formed due to the hydroxylation of phenylalanine and tyrosine, a process in which the hydroxylation converts phenylalanine residues into tyrosine residues. This is very important in living organisms to help them control excess amounts of phenylalanine residues. Hydroxylation of tyrosine residues is also very vital in living organisms because hydroxylation at C 3 of tyrosine creates 3,4 dihydroxy phenylalanine (DOPA), which is a precursor to hormones and can be converted into dopamine.