Hydroxylations synthétiquesEdit
L’installation de groupes hydroxyle dans des composés organiques peut être effectuée par divers catalyseurs métalliques. Beaucoup de ces catalyseurs sont biomimétiques, c’est-à-dire qu’ils sont inspirés par ou destinés à imiter des enzymes comme le cytochrome P450.
Alors que de nombreuses hydroxylations insèrent des atomes O dans des liaisons C-H, certaines réactions ajoutent des groupes OH à des substrats insaturés. La dihydroxylation de Sharpless est une telle réaction : elle transforme les alcènes en diols. Les groupes hydroxy sont fournis par le peroxyde d’hydrogène, qui s’ajoute à travers la double liaison des alcènes.
Hydroxylation biologiqueModifié
En biochimie, les réactions d’hydroxylation sont souvent facilitées par des enzymes appelées hydroxylases. Une liaison C-H est convertie en un alcool par l’insertion d’un atome d’oxygène dans une liaison C-H. Les stoechiométries typiques pour l’hydroxylation d’un hydrocarbure générique sont les suivantes :
2 R3C-H + O2 → 2 R3C-OH R3C-H + O2 + 2e- + 2 H+ → R3C-OH + H2O
Puisque l’O2 lui-même est un agent d’hydroxylation lent et non sélectif, des catalyseurs sont nécessaires pour accélérer le rythme du processus et introduire de la sélectivité.
L’hydroxylation est souvent la première étape de la dégradation des composés organiques dans l’air. L’hydroxylation est importante dans la détoxification car elle convertit les composés lipophiles en produits hydrosolubles (hydrophiles) qui sont plus facilement éliminés par les reins ou le foie et excrétés. Certains médicaments (par exemple, les stéroïdes) sont activés ou désactivés par hydroxylation.
Le principal agent d’hydroxylation dans la nature est le cytochrome P-450, dont on connaît des centaines de variantes. D’autres agents d’hydroxylation comprennent les flavines, les hydroxylases dépendantes de l’alpha-cétoglutarate et certaines hydroxylases du fer.
Étapes d’un mécanisme de rebond de l’oxygène qui explique de nombreuses hydroxylations catalysées par le fer : Abstraction de l’atome H, rebond de l’oxygène, décomplexation de l’alcool.
De protéinesEdit
L’hydroxylation des protéines se produit comme une modification post-traductionnelle, et est catalysée par des dioxygénases dépendantes du 2-oxoglutarate. Lorsque les molécules sont hydroxylées, elles deviennent plus hydrosolubles, ce qui affecte leur structure et leur fonction. Elle peut avoir lieu sur plusieurs acides aminés, comme la lysine, l’asparagine, l’aspartate et l’histidine, mais le résidu d’acide aminé le plus fréquemment hydroxylé dans les protéines humaines est la proline. Cela s’explique par le fait que le collagène, qui constitue environ 25 à 35 % des protéines de notre corps, contient une hydroxyproline sur presque tous les trois résidus de sa séquence d’acides aminés. Le collagène est composé de résidus de 3-hydroxyproline et de 4-hydroxyproline. L’hydroxylation se produit au niveau de l’atome γ-C, formant l’hydroxyproline (Hyp), qui stabilise la structure secondaire du collagène en raison des forts effets électronégatifs de l’oxygène. L’hydroxylation de la proline est également un élément essentiel de la réponse à l’hypoxie via les facteurs inductibles de l’hypoxie. Dans certains cas, la proline peut être hydroxylée au contraire sur son atome β-C. La lysine peut également être hydroxylée sur son atome δ-C, formant l’hydroxylysine (Hyl).
Ces trois réactions sont catalysées par de très grandes enzymes multi-sous-unités, respectivement la prolyl 4-hydroxylase, la prolyl 3-hydroxylase et la lysyl 5-hydroxylase. Ces réactions nécessitent du fer (ainsi que de l’oxygène moléculaire et de l’α-cétoglutarate) pour réaliser l’oxydation, et utilisent l’acide ascorbique (vitamine C) pour ramener le fer à son état réduit. La privation d’ascorbate entraîne des déficiences dans l’hydroxylation de la proline, ce qui conduit à un collagène moins stable, qui peut se manifester par la maladie du scorbut. Les agrumes étant riches en vitamine C, les marins britanniques recevaient des limes pour combattre le scorbut lors des longs voyages en mer ; d’où leur nom de « limeys ».
Plusieurs protéines endogènes contiennent des résidus d’hydroxyphénylalanine et d’hydroxytyrosine. Ces résidus sont formés en raison de l’hydroxylation de la phénylalanine et de la tyrosine, un processus dans lequel l’hydroxylation transforme les résidus de phénylalanine en résidus de tyrosine. Ce processus est très important dans les organismes vivants pour les aider à contrôler les quantités excessives de résidus de phénylalanine. L’hydroxylation des résidus de tyrosine est également très importante dans les organismes vivants car l’hydroxylation en C-3 de la tyrosine crée la 3,4- dihydroxy phénylalanine (DOPA), qui est un précurseur des hormones et peut être convertie en dopamine.