Syntetiska hydroxyleringarEdit

Installation av hydroxylgrupper i organiska föreningar kan ske med hjälp av olika metallkatalysatorer. Många sådana katalysatorer är biomimetiska, dvs. de är inspirerade av eller avsedda att efterlikna enzymer som cytokrom P450.

Om många hydroxyleringar infogar O-atomer i C-H-bindningar, lägger vissa reaktioner till OH-grupper till omättade substrat. Sharpless-dihydroxyleringen är en sådan reaktion: den omvandlar alkener till dioler. Hydroxigrupperna tillhandahålls av väteperoxid, som läggs över dubbelbindningen i alkener.

Biologisk hydroxyleringRedigera

I biokemin underlättas hydroxyleringsreaktioner ofta av enzymer som kallas hydroxylaser. En C-H-bindning omvandlas till en alkohol genom att en syreatom sätts in i en C-H-bindning. Typiska stökiometrier för hydroxylering av ett generiskt kolväte är dessa:

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

Då O2 i sig självt är ett långsamt och oselektivt hydroxyleringsmedel krävs katalysatorer för att påskynda processens hastighet och införa selektivitet.

Hydroxylering är ofta det första steget i nedbrytningen av organiska föreningar i luft. Hydroxylering är viktig vid avgiftning eftersom den omvandlar lipofila föreningar till vattenlösliga (hydrofila) produkter som lättare avlägsnas av njurarna eller levern och utsöndras. Vissa läkemedel (till exempel steroider) aktiveras eller inaktiveras genom hydroxylering.

Den viktigaste hydroxyleringsagenten i naturen är cytokrom P-450, varav hundratals varianter är kända. Andra hydroxyleringsagenter är flaviner, alfa-ketoglutaratberoende hydroxylaser och vissa diironhydroxylaser.

Av proteinerRedigera

Hydroxylering av proteiner sker som en posttranslationell modifiering och katalyseras av 2-oxoglutaratberoende dioxygenaser. När molekyler hydroxyleras blir de mer vattenlösliga, vilket påverkar deras struktur och funktion. Det kan ske på flera aminosyror, som lysin, asparagin, aspartat och histidin, men den vanligaste hydroxylerade aminosyraresten i mänskliga proteiner är prolin. Detta beror på att kollagen utgör cirka 25-35 % av proteinet i våra kroppar och innehåller ett hydroxiprolin vid nästan var tredje rest i sin aminosyrasekvens. Kollagen består av både 3-hydroxyprolin och 4-hydroxyprolinrester. Hydroxylering sker vid γ-C-atomen och bildar hydroxiprolin (Hyp), som stabiliserar kollagens sekundärstruktur på grund av syrets starka elektronegativa effekter. Hydroxylering av prolin är också en viktig komponent i hypoxi-reaktionen via hypoxiinducerbara faktorer. I vissa fall kan prolin hydroxyleras i stället på sin β-C-atom. Lysin kan också hydroxyleras på sin δ-C-atom och bilda hydroxylysin (Hyl).

Dessa tre reaktioner katalyseras av mycket stora enzymer med flera underenheter, prolyl 4-hydroxylas, prolyl 3-hydroxylas respektive lysyl 5-hydroxylas. Dessa reaktioner kräver järn (liksom molekylärt syre och α-ketoglutarat) för att utföra oxidationen och använder askorbinsyra (C-vitamin) för att återföra järnet till sitt reducerade tillstånd. Brist på askorbat leder till brister i prolinhydroxylering, vilket leder till mindre stabilt kollagen, vilket kan yttra sig som sjukdomen skörbjugg. Eftersom citrusfrukter är rika på C-vitamin gavs brittiska sjömän limefrukter för att bekämpa skörbjugg på långa havsresor; därför kallades de ”limeys”.

Flera endogena proteiner innehåller hydroxifenylalanin- och hydroxytyrosinrester. Dessa rester bildas på grund av hydroxylering av fenylalanin och tyrosin, en process där hydroxyleringen omvandlar fenylalaninrester till tyrosinrester. Detta är mycket viktigt i levande organismer för att hjälpa dem att kontrollera överskott av fenylalaninrester. Hydroxylering av tyrosinrester är också mycket viktigt i levande organismer eftersom hydroxylering vid C-3 i tyrosin skapar 3,4-dihydroxifenylalanin (DOPA), som är en föregångare till hormoner och kan omvandlas till dopamin.