Гидроксилирование - Hydroxylation

Гидроксилирование и гидроксилазы не следует путать с гидролиз и гидролазы.

Гидроксилирование это химический процесс, который вводит гидроксильная группа (-OH) в органическое соединение. В биохимия, реакциям гидроксилирования часто способствует ферменты называется гидроксилазы. Гидроксилирование - это первая стадия окислительного разложения органических соединений на воздухе. Это чрезвычайно важно в детоксикация так как гидроксилирование преобразует липофильный соединения в водорастворимые (гидрофильный ) продукты, которые легче удаляются почки или печень и выделенный. Немного наркотики (Например, стероиды ) активируются или деактивируются гидроксилированием.

Биологическое гидроксилирование

Процесс гидроксилирования включает преобразование группы CH в группу COH. Гидроксилирование - это окислительный процесс. Кислород, который вставлен в связь C-H, обычно происходит из атмосферного кислорода (O2). Поскольку O2 сам по себе является медленным и неселективным гидроксилирующим агентом, катализаторы требуются для ускорения процесса и повышения селективности.[1]

Основным агентом гидроксилирования в природе является цитохром Р-450, сотни вариаций которых известны. Другие гидроксилирующие агенты включают флавины, альфа-кетоглутарат-зависимые гидроксилазы, и некоторые гидроксилазы дижелеза.[2]

Шаги в механизм отскока кислорода это объясняет многие катализируемые железом гидроксилирования: отщепление H-атома, отскок кислорода, декомплексирование спирта.[1]

Белков

Гидроксилирование белков происходит как посттрансляционная модификация и катализируется 2-оксоглутарат-зависимыми диоксигеназами. [3] Когда молекулы гидроксилированы, они становятся более растворимыми в воде, что влияет на их структуру и функцию. Это может происходить на нескольких аминокислотах, таких как лизин, аспарагин, аспартат и гистидин, но наиболее часто гидроксилированный аминокислотный остаток у человека белки является пролин. Это связано с тем, что коллаген составляет около 25–35% белка в нашем организме и содержит гидроксипролин почти в каждом третьем остатке в своей аминокислотной последовательности. Коллаген состоит из остатков 3-гидроксипролина и 4-гидроксипролина. [4] Гидроксилирование происходит по атому γ-C, образуя гидроксипролин (Hyp), который стабилизирует вторичную структуру коллагена за счет сильного электроотрицательного воздействия кислорода.[5] Гидроксилирование пролина также является жизненно важным компонентом гипоксия ответ через факторы, индуцируемые гипоксией. В некоторых случаях пролин может быть гидроксилирован вместо его β-C атома. Лизин также может быть гидроксилирован по атому δ-C, образуя гидроксилизин (Хил).[6]

Эти три реакции катализируются очень большими ферментами, состоящими из нескольких субъединиц. пролил 4-гидроксилаза, пролил 3-гидроксилаза и лизил 5-гидроксилаза соответственно. Для этих реакций требуется железо (а также молекулярный кислород и α-кетоглутарат ) для проведения окисления и использования аскорбиновая кислота (витамин С), чтобы вернуть железо в его восстановленное состояние. Лишение аскорбата приводит к дефициту гидроксилирования пролина, что приводит к менее стабильному коллагену, что может проявляться в виде болезни. цинга. Поскольку цитрусовые богаты витамином С, британские моряки были даны лаймы для борьбы с цингой в дальних океанских путешествиях; следовательно, они были названы «липами».[7]

Некоторые эндогенные белки содержат остатки гидроксифенилаланина и гидрокситирозина. Эти остатки образуются из-за гидроксилирования фенилаланина и тирозина, процесса, в котором гидроксилирование превращает остатки фенилаланина в остатки тирозина. Это очень важно для живых организмов, чтобы помочь им контролировать избыточное количество остатков фенилаланина.[8] Гидроксилирование остатков тирозина также очень важно для живых организмов, поскольку гидроксилирование тирозина по C-3 создает 3,4-дигидроксифенилаланин (ДОФА), который является предшественником гормонов и может превращаться в дофамин.

Примеры

  • Одним из примеров небиологического гидроксилирования является гидроксилирование фенола перекисью водорода с образованием гидрохинон.

Рекомендации

  1. ^ а б Хуанг, X .; Groves, Дж. Т. (2017). «За пределами феррильного гидроксилирования: 40 лет механизма восстановления и активации C – H». Журнал JBIC по биологической неорганической химии. 22 (2–3): 185–207. Дои:10.1007 / s00775-016-1414-3. ЧВК  5350257. PMID  27909920.CS1 maint: использует параметр авторов (ссылка на сайт)
  2. ^ Nelson, D. L .; Кокс, М. М. «Ленингер, принципы биохимии», 3-е изд. Стоит опубликовать: Нью-Йорк, 2000. ISBN  1-57259-153-6.[страница нужна ]
  3. ^ Зурло, Гиада; Го, Цзяньпин; Такада, Мамору; Вэй, Веньи; Чжан, Цин (декабрь 2016 г.). «Новые взгляды на гидроксилирование белков и его важную роль в заболеваниях человека». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Обзоры на рак. 1866 (2): 208–220. Дои:10.1016 / j.bbcan.2016.09.004. ISSN  0006-3002. ЧВК  5138100. PMID  27663420.
  4. ^ Со и посттрансляционные модификации терапевтических антител и белков, John Wiley & Sons, Ltd, стр. 119–131, 2019 г. Дои:10.1002 / 9781119053354.ch10, ISBN  978-1-119-05335-4 Отсутствует или пусто | название = (Помогите); | chapter = игнорируется (Помогите)
  5. ^ Холмгрен, Стивен К.; Бретчер, Линн Э; Тейлор, Кимберли М; Рейнс, Рональд Т (1999). «Гиперстабильный имитатор коллагена». Химия и биология. 6 (2): 63–70. Дои:10.1016 / S1074-5521 (99) 80003-9. PMID  10021421.
  6. ^ Хаузингер Р.П. (январь – февраль 2004 г.). «Fe (II) / α-кетоглутарат-зависимые гидроксилазы и родственные ферменты». Крит. Rev. Biochem. Мол. Биол. 39 (1): 21–68. Дои:10.1080/10409230490440541. PMID  15121720. S2CID  85784668.CS1 maint: использует параметр авторов (ссылка на сайт)
  7. ^ Воет, Дональд; Voet, Judith G .; Пратт, Шарлотта В. (2016). Принципы биохимии. Вайли. п. 143. ISBN  978-1-119-45166-2.
  8. ^ Со и посттрансляционные модификации терапевтических антител и белков, John Wiley & Sons, Ltd, стр. 119–131, 2019 г. Дои:10.1002 / 9781119053354.ch10, ISBN  978-1-119-05335-4 Отсутствует или пусто | название = (Помогите); | chapter = игнорируется (Помогите)