Hidroksilacija

U hemiji, hidroksilacija se može odnositi na:

najčešće, hidroksilacija opisuje hemijski proces koji uvodi hidroksilnu grupu (–OH) u organski spoj.
"stepen hidroksilacije" odnosi se na broj OH grupa u molekuli. "Obrazac hidroksilacije" odnosi se na lokaciju hidroksi grupa u molekuli ili materijalu.^[1]

Reakcije hidroksilacije

Sintetske hidroksilacije

Ugradnja hidroksilnih grupa u organskae spojeve može se izvršiti različitim metal]nim [[[katalizator]]ima. Mnogi takvi katalizatori su biomimetski, odnosno inspirisani su ili imaju namjeru oponašati enzime poput citokroma P450.^[2]

Dok mnoge hidroksilacije ubacuju O atome u C–H veze, neke reakcije "dodaju" OH grupe nezasićenim podlogama. Bezoblična dihidroksilacija je takva reakcija: pretvara alkene u diol. Hidroksi grupe osigurava vodik-peroksid, koji dodaje dvostruku vezu alkena.^[3]

Biološka hidroksilacija

U biohemiji, reakcije hidroksilacije često su olakšane enzim om koji se naziva hidroksilaza . C–H veza pretvara se u alcohol, umetanjem u nju atoma kisika. Ovo su tipdke stehiometrijske relacije za hidroksilaciju generičkog ugljikovodika:

2 R₃C–H + O₂ → 2 R₃C–OH

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

Budući da je sam O₂ sporo i neselektivno hidroksilacijsko sredstvo, potrebni su katalizatorI, kako bi se ubrzao tempo procesa i uvela selektivnost.^[4]

Hidroksilacija je često prvi korak u razgradnji organskih spojeva u zraku. Hidroksilacija je važna u detoksikaciji jer pretvara lipofilne spojeve u proizvode topive u vodi (hidrofilne) proizvode koji se lakše uklanjaju ultrafiltracijom u [[bubrezi] ]ma] ili jetri i izlučivanjem. Neki lijekovi] (naprimjer, steroidni) aktiviraju se ili deaktiviraju hidroksilacijom.^[5]

Glavno sredstvo za hidroksilaciju u prirodi je citokrom P-450, sa stotinama poznatih varijacija. Ostala hidroksilacijska sredstva uključuju flavine, alfa-ketoglutarat-ovisne hidroksilaze i neke digvožđeve hidroksilaze.^[6]

Koraci u mehanizmu povratka kisika koji objašnjavaju mnoge hidroksilacije katalizirane gožđem: apstrakcija H-atoma, povrat kisika, dekompleksacija alkohola.^[4]

Od proteina

Hidroksilacija proteina javlja se kao posttranslacijska modifikacija, a katalizirana je 2-oksoglutarat-ovisnom dioksigenazom.^[7] Kada se molekule hidroksiliraju, postaju topljivije u vodi, što utječe na njihovu strukturu i funkciju. Može se odvijati na nekoliko aminokiselina, kao što su lizin, asparagin, aspartat i [histidin]], ali najčešće hidroksilirani ostatak aminokiselina u ljudskim proteinima je prolin. To je zbog činjenice da kolagen čini oko 25–35% proteina u tijelima i sadrži hidroksiprolin u gotovo svakom trećem ostatku u svojoj aminokiselinskoj sekvenci. Kolagen se sastoji od ostataka 3-hidroksiprolina i 4-hidroksiprolina.^[8] Hidroksilacija se javlja na atomu γ-C, tvoreći hidroksiprolin (Hyp), koji stabilizira sekundarnu strukturu kolagena zbog snažnih elektronegativnih učinaka kisika.^[9] Hidroksilacija prolina je također vitalna komponenta odgovora na hipoksiju putem faktora induciranih hipoksijom. U nekim slučajevima, umjesto toga prolin se može hidroksilirati na svom atomu β–C. Lizin se također može hidroksilirati na svom atomu δ-C, tvoreći hidroksilizin (Hyl).^[10]

Ove tri reakcije kataliziraju vrlo veliki enzimi s više podjedinica, kao što su prolil 4-hidroksilaza, prolil 3-hidroksilaza i lizil 5-hidroksilaza. Za ove reakcije potrebno je gvožđe (kao i molekuldkii kisik i α-ketoglutarat) za izvođenje oksidacije, te upotreba askorbinske kiseline (vitamin C) za vraćanje gvožđaa u reducirano stanje. Redukcija askorbata dovodi do nedostatka hidroksilacije prolina, što dovodi do manje stabilnog kolagena, što se može manifestirati kao bolest skorbut. Budući da su agrumi bogati vitaminom C, Britanci su dobili sredstva za borbu protiv skorbuta na dugim oceanskim putovanjima; stoga su se zvali "limeis”.^[11]

Nekoliko endogenih proteina sadrži ostatke hidroksifenilalanina i hidroksitirozina. Ovi ostaci nastaju zbog hidroksilacije fenilalanina i tirozina, procesa u kojem hidroksilacija pretvara ostatke fenilalanina u ostatke tirozina. To je vrlo važno za žive organizme kako bi im se pomoglo u kontroli viška količina ostataka fenilalanina.^[8] Hidroksilacija ostataka tirozina također je vrlo vitalna u živim organizmima jer hidroksilacija na C–3 tirozina stvara 3,4-dihidroksi fenilalanin (DOPA), koji je prekursor hormona i može se pretvoriti u dopamin.

Primjeri

17α-hidroksilaza
Holesterol 7 alfa-hidroksilaza
Dopamin β-hidroksilaza
Fenilalanin hidroksilaza
Tirozin hidroksilaza
Jedan primjer nebiološke hidroksilacije je hidroksilacija fenola u vodik-peroksid, u obliku hidrokinona.

Reference

^ Middleton, Elliott Jr; Kandaswami, Chithan; Theoharides, Theoharis C. (2000). "The Effects of Plant Flavonoids on Mammalian Cells: Implications for Inflammation, Heart Disease, and Cancer". Pharmacological Reviews. 52: 673–751.
^ Jia, Chengguo; Kitamura, Tsugio; Fujiwara, Yuzo (2001). "Catalytic Functionalization of Arenes and Alkanes via C−H Bond Activation". Accounts of Chemical Research. 34 (8): 633–639. doi:10.1021/ar000209h. PMID 11513570.
^ Kolb, Hartmuth C.; Vannieuwenhze, Michael S.; Sharpless, K. Barry (1994). "Catalytic Asymmetric Dihydroxylation". Chemical Reviews. 94 (8): 2483–2547. doi:10.1021/cr00032a009.
^ ^a ^b Huang, X.; Groves, J. T. (2017). "Beyond ferryl-mediated hydroxylation: 40 years of the rebound mechanism and C–H activation". JBIC Journal of Biological Inorganic Chemistry. 22 (2–3): 185–207. doi:10.1007/s00775-016-1414-3. PMC 5350257. PMID 27909920.
^ Cerniglia, Carl E. (1992). "Biodegradation of polycyclic aromatic hydrocarbons". Biodegradation. 3 (2–3): 351–368. doi:10.1007/BF00129093. S2CID 25516145.
^ Nelson, D. L.; Cox, M. M. "Lehninger, Principles of Biochemistry" 3rd Ed. Worth Publishing: New York, 2000. ISBN 1-57259-153-6.^{[potrebna stranica]}
^ Zurlo, Giada; Guo, Jianping; Takada, Mamoru; Wei, Wenyi; Zhang, Qing (December 2016). "New Insights into Protein Hydroxylation and Its Important Role in Human Diseases". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Reviews on Cancer. 1866 (2): 208–220. doi:10.1016/j.bbcan.2016.09.004. ISSN 0006-3002. PMC 5138100. PMID 27663420.
^ ^a ^b T. Shantha Raju (2019), "Hydroxylation of Proteins", Co- and Post-Translational Modifications of Therapeutic Antibodies and Proteins (jezik: engleski), John Wiley & Sons, str. 119–131, doi:10.1002/9781119053354.ch10, ISBN 978-1-119-05335-4
^ Holmgren, Steven K; Bretscher, Lynn E; Taylor, Kimberly M; Raines, Ronald T (1999). "A hyperstable collagen mimic". Chemistry & Biology. 6 (2): 63–70. doi:10.1016/S1074-5521(99)80003-9. PMID 10021421.
^ Hausinger RP (January–February 2004). "Fe(II)/α-ketoglutarate-dependent hydroxylases and related enzymes". Crit. Rev. Biochem. Mol. Biol. 39 (1): 21–68. doi:10.1080/10409230490440541. PMID 15121720. S2CID 85784668.
^ Voet, Donald; Voet, Judith G.; Pratt, Charlotte W. (2016). Principles of Biochemistry. Wiley. str. 143. ISBN 978-1-119-45166-2.

Vannjski linkovi

Šablon:Posttranslacijske modifikacije proteina

[1] Middleton, Elliott Jr; Kandaswami, Chithan; Theoharides, Theoharis C. (2000). "The Effects of Plant Flavonoids on Mammalian Cells: Implications for Inflammation, Heart Disease, and Cancer". Pharmacological Reviews. 52: 673–751.

[2] Jia, Chengguo; Kitamura, Tsugio; Fujiwara, Yuzo (2001). "Catalytic Functionalization of Arenes and Alkanes via C−H Bond Activation". Accounts of Chemical Research. 34 (8): 633–639. doi:10.1021/ar000209h. PMID 11513570.

[3] Kolb, Hartmuth C.; Vannieuwenhze, Michael S.; Sharpless, K. Barry (1994). "Catalytic Asymmetric Dihydroxylation". Chemical Reviews. 94 (8): 2483–2547. doi:10.1021/cr00032a009.

[JTG-4] Huang, X.; Groves, J. T. (2017). "Beyond ferryl-mediated hydroxylation: 40 years of the rebound mechanism and C–H activation". JBIC Journal of Biological Inorganic Chemistry. 22 (2–3): 185–207. doi:10.1007/s00775-016-1414-3. PMC 5350257. PMID 27909920.

[5] Cerniglia, Carl E. (1992). "Biodegradation of polycyclic aromatic hydrocarbons". Biodegradation. 3 (2–3): 351–368. doi:10.1007/BF00129093. S2CID 25516145.

[6] Nelson, D. L.; Cox, M. M. "Lehninger, Principles of Biochemistry" 3rd Ed. Worth Publishing: New York, 2000. ISBN 1-57259-153-6.^{[potrebna stranica]}

[7] Zurlo, Giada; Guo, Jianping; Takada, Mamoru; Wei, Wenyi; Zhang, Qing (December 2016). "New Insights into Protein Hydroxylation and Its Important Role in Human Diseases". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Reviews on Cancer. 1866 (2): 208–220. doi:10.1016/j.bbcan.2016.09.004. ISSN 0006-3002. PMC 5138100. PMID 27663420.

[Raju_2019-8] T. Shantha Raju (2019), "Hydroxylation of Proteins", Co- and Post-Translational Modifications of Therapeutic Antibodies and Proteins (jezik: engleski), John Wiley & Sons, str. 119–131, doi:10.1002/9781119053354.ch10, ISBN 978-1-119-05335-4

[9] Holmgren, Steven K; Bretscher, Lynn E; Taylor, Kimberly M; Raines, Ronald T (1999). "A hyperstable collagen mimic". Chemistry & Biology. 6 (2): 63–70. doi:10.1016/S1074-5521(99)80003-9. PMID 10021421.

[pmid15121720-10] Hausinger RP (January–February 2004). "Fe(II)/α-ketoglutarate-dependent hydroxylases and related enzymes". Crit. Rev. Biochem. Mol. Biol. 39 (1): 21–68. doi:10.1080/10409230490440541. PMID 15121720. S2CID 85784668.

[11] Voet, Donald; Voet, Judith G.; Pratt, Charlotte W. (2016). Principles of Biochemistry. Wiley. str. 143. ISBN 978-1-119-45166-2.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]