Syntetiske hydroxyleringerRediger

Installation af hydroxylgrupper i organiske forbindelser kan ske ved hjælp af forskellige metalkatalysatorer. Mange af disse katalysatorer er biomimetiske, dvs. de er inspireret af eller beregnet til at efterligne enzymer som f.eks. cytokrom P450.

Mens mange hydroxyleringer indsætter O-atomer i C-H-bindinger, tilføjer nogle reaktioner OH-grupper til umættede substrater. Sharpless-dihydroxyleringen er en sådan reaktion: den omdanner alkener til dioler. Hydroxygrupperne leveres af hydrogenperoxid, som tilføjes på tværs af dobbeltbindingen i alkener.

Biologisk hydroxyleringRediger

I biokemien fremmes hydroxyleringsreaktioner ofte af enzymer kaldet hydroxylaser. En C-H-binding omdannes til en alkohol ved indsættelse af et oxygenatom i en C-H-binding. Typiske stoichiometrier for hydroxylering af et generisk kulbrinte er disse:

2 R3C-H + O2 → 2 R3C-OH R3C-H + O2 + 2e- + 2 H+ → R3C-OH + H2O

Da O2 i sig selv er et langsomt og uselektivt hydroxyleringsmiddel, er der brug for katalysatorer for at fremskynde processen og indføre selektivitet.

Hydroxylering er ofte det første trin i nedbrydningen af organiske forbindelser i luft. Hydroxylering er vigtig i forbindelse med afgiftning, da den omdanner lipofile forbindelser til vandopløselige (hydrofile) produkter, som lettere fjernes af nyrerne eller leveren og udskilles. Nogle lægemidler (f.eks. steroider) aktiveres eller deaktiveres ved hydroxylering.

Det vigtigste hydroxyleringsmiddel i naturen er cytokrom P-450, hvoraf der er kendt hundredvis af variationer. Andre hydroxyleringsagenter omfatter flaviner, alfa-ketoglutarat-afhængige hydroxylaser og nogle di-jernhydroxylaser.

Af proteinerRediger

Hydroxylering af proteiner sker som en posttranslationel modifikation, og katalyseres af 2-oxoglutarat-afhængige dioxygenaser. Når molekyler hydroxyleres, bliver de mere vandopløselige, hvilket påvirker deres struktur og funktion. Det kan ske på flere aminosyrer, som f.eks. lysin, asparagin, aspartat og histidin, men den hyppigst hydroxylerede aminosyrerest i menneskelige proteiner er prolin. Dette skyldes, at kollagen udgør ca. 25-35 % af proteinet i vores krop og indeholder en hydroxyprolin på næsten hver 3. rest i sin aminosyresekvens. Kollagen består af både 3-hydroxyprolin- og 4-hydroxyprolinrester. Hydroxylering sker ved γ-C-atomet og danner hydroxyprolin (Hyp), som stabiliserer kollagens sekundære struktur på grund af den stærke elektronegative virkning af ilt. Prolinhydroxylering er også en vigtig komponent i hypoxi-reaktionen via hypoxi-inducerbare faktorer. I nogle tilfælde kan prolin i stedet hydroxyleres på dets β-C-atom. Lysin kan også hydroxyleres på sit δ-C-atom, hvorved der dannes hydroxylysin (Hyl).

Disse tre reaktioner katalyseres af meget store enzymer med flere underenheder, henholdsvis prolyl 4-hydroxylase, prolyl 3-hydroxylase og lysyl 5-hydroxylase. Disse reaktioner kræver jern (samt molekylær oxygen og α-ketoglutarat) for at udføre oxidationen og bruger ascorbinsyre (C-vitamin) til at returnere jernet til dets reducerede tilstand. Mangel på ascorbat fører til mangler i prolinhydroxyleringen, hvilket fører til mindre stabilt kollagen, hvilket kan manifestere sig som sygdommen skørbug. Da citrusfrugter er rige på C-vitamin, fik britiske sømænd limefrugter for at bekæmpe skørbug på lange havrejser; derfor blev de kaldt “limeys”.

Flere endogene proteiner indeholder hydroxyphenylalanin- og hydroxytyrosinrester. Disse rester er dannet på grund af hydroxylering af phenylalanin og tyrosin, en proces, hvor hydroxyleringen omdanner phenylalaninrester til tyrosinrester. Dette er meget vigtigt i levende organismer for at hjælpe dem med at kontrollere overskydende mængder af phenylalaninrester. Hydroxylering af tyrosinrester er også meget vigtig i levende organismer, fordi hydroxylering på C-3 af tyrosin skaber 3,4-dihydroxyfenylalanin (DOPA), som er en forløber for hormoner og kan omdannes til dopamin.