Hidroxilaciones sintéticasEditar
La instalación de grupos hidroxilos en compuestos orgánicos puede realizarse mediante diversos catalizadores metálicos. Muchos de estos catalizadores son biomiméticos, es decir, se inspiran en enzimas como el citocromo P450 o pretenden imitarlas.
Mientras que muchas hidroxilaciones insertan átomos de O en enlaces C-H, algunas reacciones añaden grupos OH a sustratos insaturados. La dihidroxilación de Sharpless es una reacción de este tipo: convierte los alquenos en dioles. Los grupos hidroxi son proporcionados por el peróxido de hidrógeno, que se añade a través del doble enlace de los alquenos.
Hidroxilación biológicaEditar
En la bioquímica, las reacciones de hidroxilación son a menudo facilitadas por enzimas llamadas hidroxilasas. Un enlace C-H se convierte en un alcohol mediante la inserción de un átomo de oxígeno en un enlace C-H. Las estequiometrías típicas para la hidroxilación de un hidrocarburo genérico son estas:
2 R3C-H + O2 → 2 R3C-OH R3C-H + O2 + 2e- + 2 H+ → R3C-OH + H2O
Dado que el propio O2 es un agente hidroxilador lento y poco selectivo, se requieren catalizadores para acelerar el ritmo del proceso e introducir selectividad.
La hidroxilación es a menudo el primer paso en la degradación de compuestos orgánicos en el aire. La hidroxilación es importante en la desintoxicación, ya que convierte los compuestos lipofílicos en productos solubles en agua (hidrofílicos) que son eliminados más fácilmente por los riñones o el hígado y excretados. Algunos fármacos (por ejemplo, los esteroides) se activan o desactivan por hidroxilación.
El principal agente de hidroxilación en la naturaleza es el citocromo P-450, del que se conocen cientos de variaciones. Otros agentes de hidroxilación incluyen las flavinas, las hidroxilasas dependientes de alfa-cetoglutarato y algunas hidroxilasas de dihierro.
Pasos de un mecanismo de rebote de oxígeno que explica muchas hidroxilaciones catalizadas por hierro: Abstracción del átomo H, rebote del oxígeno, descomplejización del alcohol.
De las proteínasEditar
La hidroxilación de las proteínas se produce como una modificación postraduccional, y es catalizada por dioxigenasas dependientes de 2-oxoglutarato. Cuando las moléculas se hidroxilan, se vuelven más solubles en agua, lo que afecta a su estructura y función. Puede tener lugar en varios aminoácidos, como la lisina, la asparagina, el aspartato y la histidina, pero el residuo de aminoácido más frecuentemente hidroxilado en las proteínas humanas es la prolina. Esto se debe a que el colágeno constituye alrededor del 25-35% de las proteínas de nuestro cuerpo y contiene una hidroxiprolina en casi uno de cada tres residuos de su secuencia de aminoácidos. El colágeno está formado por residuos de 3-hidroxiprolina y 4-hidroxiprolina. La hidroxilación se produce en el átomo γ-C, formando hidroxiprolina (Hyp), que estabiliza la estructura secundaria del colágeno debido a los fuertes efectos electronegativos del oxígeno. La hidroxilación de la prolina es también un componente vital de la respuesta a la hipoxia a través de los factores inducibles por hipoxia. En algunos casos, la prolina puede ser hidroxilada en su átomo β-C. La lisina también puede ser hidroxilada en su átomo δ-C, formando hidroxilisina (Hyl).
Estas tres reacciones son catalizadas por enzimas muy grandes, de múltiples subunidades, la prolil 4-hidroxilasa, la prolil 3-hidroxilasa y la lisil 5-hidroxilasa, respectivamente. Estas reacciones requieren hierro (así como oxígeno molecular y α-cetoglutarato) para llevar a cabo la oxidación, y utilizan ácido ascórbico (vitamina C) para devolver el hierro a su estado reducido. La privación de ascorbato provoca deficiencias en la hidroxilación de la prolina, lo que da lugar a un colágeno menos estable, que puede manifestarse como la enfermedad del escorbuto. Dado que los cítricos son ricos en vitamina C, los marineros británicos recibían limas para combatir el escorbuto en los largos viajes oceánicos; de ahí que se les llamara «limeys».
Varias proteínas endógenas contienen residuos de hidroxifenilalanina e hidroxitirosina. Estos residuos se forman debido a la hidroxilación de la fenilalanina y la tirosina, un proceso en el que la hidroxilación convierte los residuos de fenilalanina en residuos de tirosina. Esto es muy importante en los organismos vivos para ayudarles a controlar el exceso de residuos de fenilalanina. La hidroxilación de los residuos de tirosina también es muy vital en los organismos vivos porque la hidroxilación en el C-3 de la tirosina crea 3,4-dihidroxifenilalanina (DOPA), que es un precursor de las hormonas y puede convertirse en dopamina.