Szintetikus hidroxilálásSzerkesztés

A hidroxilcsoportok szerves vegyületekbe történő beépítése különböző fémkatalizátorokkal valósítható meg. Sok ilyen katalizátor biomimetikus, azaz olyan enzimek, mint a citokróm P450 ihlette vagy azokat hivatott utánozni.

Míg sok hidroxiláció O-atomokat illeszt be C-H kötésekbe, egyes reakciók OH-csoportokat adnak hozzá telítetlen szubsztrátokhoz. A Sharpless-dihidroxiláció ilyen reakció: alkéneket alakít át diolokká. A hidroxi-csoportokat hidrogén-peroxid biztosítja, amely az alkének kettős kötésén keresztül adódik.

Biológiai hidroxilálásSzerkesztés

A biokémiában a hidroxilálási reakciókat gyakran hidroxilázoknak nevezett enzimek segítik elő. A C-H kötés egy oxigénatom C-H kötésbe történő beillesztésével alakul át alkohollá. Egy általános szénhidrogén hidroxilációjának tipikus sztöchiometriái a következők:

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

Mivel az O2 önmagában lassú és nem szelektív hidroxilálószer, katalizátorokra van szükség a folyamat gyorsításához és a szelektivitás bevezetéséhez.

A hidroxiláció gyakran az első lépés a levegőben lévő szerves vegyületek lebontásában. A hidroxilálás fontos a méregtelenítésben, mivel a lipofil vegyületeket vízoldható (hidrofil) termékekké alakítja át, amelyeket a vesék vagy a máj könnyebben eltávolít és kiválaszt. Egyes gyógyszerek (például szteroidok) hidroxilációval aktiválódnak vagy deaktiválódnak.

A természetben a legfontosabb hidroxiláló ágens a citokróm P-450, amelynek több száz változata ismert. Más hidroxiláló ágensek közé tartoznak a flavinok, az alfa-ketoglutarát-függő hidroxilázok és néhány di-vas hidroxiláz.

A fehérjékSzerkesztés

A fehérjék hidroxilálása poszttranszlációs módosításként történik, és 2-oxoglutarát-függő dioxigenázok katalizálják. Amikor a molekulák hidroxilálódnak, vízoldhatóbbá válnak, ami befolyásolja szerkezetüket és működésüket. Ez több aminosavon is végbemehet, mint például a lizin, aszparagin, aszpartát és hisztidin, de az emberi fehérjékben leggyakrabban hidroxilált aminosavmaradék a prolin. Ez annak köszönhető, hogy a kollagén a testünkben lévő fehérjék mintegy 25-35%-át teszi ki, és az aminosavsorrendben majdnem minden 3. maradékban hidroxiprolint tartalmaz. A kollagén 3-hidroxiprolin és 4-hidroxiprolin maradékokból is áll. A hidroxilálás a γ-C atomon történik, hidroxiprolint (Hyp) képezve, amely az oxigén erős elektronegatív hatása miatt stabilizálja a kollagén másodlagos szerkezetét. A prolin-hidroxiláció a hipoxia indukálható faktorokon keresztül a hipoxia válasznak is létfontosságú összetevője. Bizonyos esetekben a prolin helyett a β-C atomján hidroxilálódhat. A lizin is hidroxilálódhat a δ-C atomján, hidroxiliszint (Hyl) képezve.

Ezt a három reakciót nagyon nagy, több alegységből álló enzimek katalizálják, a proil-4-hidroxiláz, a proil-3-hidroxiláz és a lizil-5-hidroxiláz. Ezek a reakciók vasat (valamint molekuláris oxigént és α-ketoglutarátot) igényelnek az oxidáció végrehajtásához, és a vas redukált állapotba való visszavezetéséhez aszkorbinsavat (C-vitamin) használnak. Az aszkorbát hiánya a prolin-hidroxiláció hiányához vezet, ami kevésbé stabil kollagénhez vezet, ami skorbut betegségként jelentkezhet. Mivel a citrusfélék gazdagok C-vitaminban, a brit tengerészek a hosszú óceáni utakon lime-ot kaptak a skorbut ellen; ezért nevezték őket “lime-oknak”.

Sok endogén fehérje tartalmaz hidroxifenilalanin- és hidroxitirozin-maradványokat. Ezek a maradékok a fenilalanin és a tirozin hidroxilálása következtében jönnek létre, egy olyan folyamat, amelyben a hidroxilálás során a fenilalanin-maradékok tirozin-maradékokká alakulnak át. Ez nagyon fontos az élő szervezetekben, hogy segítse őket a fenilalanin-maradékok túlzott mennyiségének szabályozásában. A tirozinmaradványok hidroxilálása azért is nagyon fontos az élő szervezetekben, mert a tirozin C-3-jánál történő hidroxilálással 3,4-dihidroxi fenilalanin (DOPA) keletkezik, amely a hormonok előanyaga, és dopaminná alakítható.

A tirozinmaradványok hidroxilálása szintén nagyon fontos az élő szervezetekben.