Synteettiset hydroksylaatiot Muokkaa
Hydroksyyliryhmien asentaminen orgaanisiin yhdisteisiin voidaan toteuttaa erilaisilla metallikatalyytteillä. Monet tällaiset katalyytit ovat biomimeettisiä, eli ne ovat saaneet inspiraationsa sytokromi P450:n kaltaisista entsyymeistä tai niiden tarkoituksena on jäljitellä niitä.
Mikäli monet hydroksylaatiot lisäävät O-atomeja C-H-sidoksiin, jotkin reaktiot lisäävät OH-ryhmiä tyydyttymättömiin substraatteihin. Sharplessin dihydroksylaatio on tällainen reaktio: se muuttaa alkeenit dioleiksi. Hydroksiryhmät saadaan vetyperoksidista, joka lisätään alkeenien kaksoissidoksen yli.
Biologinen hydroksylaatio Muokkaa
Biokemiassa hydroksylaatioreaktioita helpottavat usein entsyymit, joita kutsutaan hydroksylaaseiksi. C-H-sidos muutetaan alkoholiksi lisäämällä happiatomi C-H-sidokseen. Tyypilliset stoikiometriat geneerisen hiilivedyn hydroksylaatiolle ovat seuraavat:
2 R3C-H + O2 → 2 R3C-OH R3C-H + O2 + 2e- + 2 H+ → R3C-OH + H2O
Koska O2 itsessään on hidas ja epäselektiivinen hydroksyloiva aine, tarvitaan katalyyttejä nopeuttamaan prosessin nopeutta ja tuomaan prosessiin valikoivuutta.
Hydroksylaatio on usein orgaanisten yhdisteiden hajoamisen ensimmäinen vaihe ilmassa. Hydroksylaatio on tärkeää detoksifikaatiossa, koska se muuttaa lipofiiliset yhdisteet vesiliukoisiksi (hydrofiilisiksi) tuotteiksi, jotka munuaiset tai maksa poistavat ja erittävät helpommin. Jotkin lääkeaineet (esimerkiksi steroidit) aktivoituvat tai deaktivoituvat hydroksylaation avulla.
Pääasiallinen hydroksylaatioagentti luonnossa on sytokromi P-450, josta tunnetaan satoja variaatioita. Muita hydroksyloivia aineita ovat flaviinit, alfa-ketoglutaraatti-riippuvaiset hydroksylaasit ja eräät rautahydroksylaasit.
Vaiheet hapen rebound-mekanismissa, joka selittää monet rautakatalysoidut hydroksylaatiot: H-atomin abstraktio, hapen rebound, alkoholin dekompleksoituminen.
Proteiinien Muokkaa
Proteiinien hydroksylaatio tapahtuu translaation jälkeisenä modifikaationa, ja sitä katalysoivat 2-oksoglutaraatti-riippuvaiset dioksygenaasit. Kun molekyylejä hydroksyloidaan, niistä tulee vesiliukoisempia, mikä vaikuttaa niiden rakenteeseen ja toimintaan. Se voi tapahtua useilla aminohapoilla, kuten lysiinillä, asparagiinilla, aspartaatilla ja histidiinillä, mutta ihmisen proteiineissa useimmin hydroksyloitu aminohappojäännös on proliini. Tämä johtuu siitä, että kollageeni muodostaa noin 25-35 prosenttia kehomme proteiineista, ja se sisältää hydroksiproliinia lähes joka kolmannessa aminohappojäännöksessä. Kollageeni koostuu sekä 3-hydroksiproliini- että 4-hydroksiproliinijäännöksistä. Hydroksylaatio tapahtuu γ-C-atomin kohdalla muodostaen hydroksiproliinia (Hyp), joka vakauttaa kollageenin sekundäärirakennetta hapen voimakkaan elektronegatiivisen vaikutuksen vuoksi. Proliinin hydroksylaatio on myös elintärkeä osa hypoksiaan reagoimista hypoksiaa indusoivien tekijöiden kautta. Joissakin tapauksissa proliini voidaan hydroksyloida sen sijaan sen β-C-atomista. Myös lysiini voidaan hydroksyloida δ-C-atomistaan, jolloin muodostuu hydroksylysiiniä (Hyl).
Näitä kolmea reaktiota katalysoivat hyvin suuret, moniyksikköiset entsyymit prolyyli-4-hydroksylaasi, prolyyli-3-hydroksylaasi ja lysiyli-5-hydroksylaasi. Nämä reaktiot vaativat rautaa (sekä molekulaarista happea ja α-ketoglutaraattia) hapettumisen suorittamiseen ja käyttävät askorbiinihappoa (C-vitamiinia) palauttamaan raudan pelkistyneeseen tilaansa. Askorbaatin puute aiheuttaa puutteita proliinin hydroksylaatiossa, mikä johtaa vähemmän stabiiliin kollageeniin, mikä voi ilmetä keripukina. Koska sitrushedelmät sisältävät runsaasti C-vitamiinia, brittiläisille merimiehille annettiin pitkillä merimatkoilla limejä keripukin torjumiseksi; siksi heitä kutsuttiin ”limeiksi”.
Monet endogeeniset proteiinit sisältävät hydroksifenyylialaniini- ja hydroksityyrosiinijäämiä. Nämä jäämät muodostuvat fenyylialaniinin ja tyrosiinin hydroksylaation seurauksena, prosessissa, jossa hydroksylaatio muuttaa fenyylialaniinijäämiä tyrosiinijäämiksi. Tämä on erittäin tärkeää elävissä organismeissa, koska se auttaa niitä hallitsemaan fenyylialaniinijäämien liiallista määrää. Tyrosiinijäämien hydroksylaatio on myös hyvin elintärkeää elävissä organismeissa, koska tyrosiinin C-3-kohdan hydroksylaatio tuottaa 3,4-dihydroksifenyylialaniinia (DOPA), joka on hormonien esiaste ja joka voidaan muuntaa dopamiiniksi.