Hidroxilări sinteticeEdit
Instalarea de grupe hidroxil în compuși organici poate fi efectuată cu ajutorul diferiților catalizatori metalici. Mulți astfel de catalizatori sunt biomimetici, adică sunt inspirați de enzime precum citocromul P450 sau sunt destinați să imite enzimele, cum ar fi citocromul P450.
În timp ce multe hidroxilări inserează atomi de O în legăturile C-H, unele reacții adaugă grupări OH la substraturile nesaturate. Dihidroxilarea Sharpless este o astfel de reacție: ea transformă alchenele în dioli. Grupele hidroxi sunt furnizate de peroxidul de hidrogen, care se adaugă de-a lungul dublei legături a alchenelor.
Hidroxilare biologicăEdit
În biochimie, reacțiile de hidroxilare sunt adesea facilitate de enzime numite hidroxilaze. O legătură C-H este transformată în alcool prin inserția unui atom de oxigen într-o legătură C-H. Stoichiometriile tipice pentru hidroxilarea unei hidrocarburi generice sunt următoarele:
2 R3C-H + O2 → 2 R3C-OH R3C-H + O2 + 2e- + 2 H+ → R3C-OH + H2O
Din moment ce O2 însuși este un agent de hidroxilare lent și neselectiv, sunt necesari catalizatori pentru a accelera ritmul procesului și pentru a introduce selectivitate.
Hidroxilarea este adesea prima etapă în degradarea compușilor organici din aer. Hidroxilarea este importantă în detoxifiere, deoarece transformă compușii lipofili în produse solubile în apă (hidrofile) care sunt mai ușor de eliminat de către rinichi sau ficat și de excretat. Unele medicamente (de exemplu, steroizii) sunt activate sau dezactivate prin hidroxilare.
Principalul agent de hidroxilare din natură este citocromul P-450, din care se cunosc sute de variante. Alți agenți de hidroxilare includ flavinele, hidroxilazele dependente de alfa-cetoglutarat și unele hidroxilaze de fier.
Etapele unui mecanism de recuperare a oxigenului care explică multe hidroxilări catalizate de fier: Abstracția atomului H, revenirea oxigenului, decomplexarea alcoolului.
De proteineEdit
Hidroxilarea proteinelor are loc ca o modificare posttraducțională și este catalizată de dioxigenazele dependente de 2-oxoglutarat. Atunci când moleculele sunt hidroxilate, ele devin mai solubile în apă, ceea ce le afectează structura și funcția. Aceasta poate avea loc pe mai mulți aminoacizi, cum ar fi lizina, asparagina, aspartatul și histidina, dar cel mai frecvent reziduu de aminoacid hidroxilat în proteinele umane este prolina. Acest lucru se datorează faptului că colagenul reprezintă aproximativ 25-35% din proteinele din corpul nostru și conține o hidroxiprolină la aproape fiecare al treilea reziduu din secvența sa de aminoacizi. Colagenul este format atât din reziduuri de 3-hidroxiprolină, cât și de 4-hidroxiprolină. Hidroxilarea are loc la nivelul atomului γ-C, formând hidroxiprolină (Hyp), care stabilizează structura secundară a colagenului datorită efectelor electronegative puternice ale oxigenului. Hidroxilarea prolinei este, de asemenea, o componentă vitală a răspunsului la hipoxie prin intermediul factorilor inductibili de hipoxie. În unele cazuri, prolina poate fi hidroxilată în schimb pe atomul său β-C. Lizina poate fi, de asemenea, hidroxilată pe atomul său δ-C, formând hidroxilizina (Hyl).
Aceste trei reacții sunt catalizate de enzimele foarte mari, cu mai multe subunități, proliil 4-hidroxilaza, proliil 3-hidroxilaza și, respectiv, lizil 5-hidroxilaza. Aceste reacții necesită fier (precum și oxigen molecular și α-cetoglutarat) pentru a efectua oxidarea și folosesc acidul ascorbic (vitamina C) pentru a readuce fierul în stare redusă. Privarea de ascorbat duce la deficiențe în hidroxilarea prolinei, ceea ce duce la colagen mai puțin stabil, care se poate manifesta sub forma bolii scorbut. Deoarece citricele sunt bogate în vitamina C, marinarilor britanici li se dădeau lămâi verzi pentru a combate scorbutul în timpul călătoriilor lungi pe ocean; de aceea, ei au fost numiți „limeys”.
Câteva proteine endogene conțin reziduuri de hidroxifenilalanină și hidroxitirozină. Aceste reziduuri se formează datorită hidroxilării fenilalaninei și tirozinei, un proces în care hidroxilarea transformă reziduurile de fenilalanină în reziduuri de tirozină. Acest lucru este foarte important în organismele vii pentru a le ajuta să controleze cantitățile excesive de reziduuri de fenilalanină. Hidroxilarea reziduurilor de tirozină este, de asemenea, foarte vitală în organismele vii, deoarece hidroxilarea la C-3 a tirozinei creează 3,4- dihidroxi-fenilalanină (DOPA), care este un precursor al hormonilor și poate fi transformată în dopamină.
.