Hidroxilación
En química, a hidroxilación é a colocación dun grupo hidroxilo (−OH) nun composto orgánico. As hidroxilacións xeran alcohois e fenois, que son grupos funcionais moi comúns. A hidroxilación dunha molécula outórgalle certo grao de solubilidade en auga. A hidroxilación dun hidrocarburo é unha oxidación e un paso na súa degadación.
Hidroxilación biolóxica
[editar | editar a fonte]En bioquímica as reaccións de hidroxilaciónn adoitan ser facilitadas por encimas chamados hidroxilases. Estes encimas colocan un átomo de oxíxeno un enlace C−H. As estequiometrías típicas para a hidroxilación dun hidrocarburo xenérico son estas:
- 2R
3C−H + O
2 → 2 R
3C−OH - R
3C−H + O
2 + 2e−
+ 2H+
→ R
3C−OH + H
2O
Como o propio O
2 é un axente hidroxilante lento e non selectivo, cómpren catalizadores para acelerar o ritmo do proceso e introducir selectividade.[1]
A hidroxilación acostuma a ser un paso na degradación de compostos orgánicos no aire. A hidroxilación é importante na detoxificación porque converte compostos lipófilos en produtos solubles en auga (hidrófilos) que é máis doado eliminar polos riles ou polo fígado e excretalos. Algúns fármacos (por exemplo, esteroides) actívanse ou desactívanse por hidroxilación.[2]
O principal catalizador de hidroxilacións na natureza é o citocromo P450, do cal se coñecen centos de variantes.[3] Outros axentes hidroxilantes son as flavinas, hidroxilases dependentes de alfa-cetoglutarato (dioxixenases dependentes de 2-oxoglutarato), e algunhas diferro hidroxilases.[4]
Hidroxilación de proteínas
[editar | editar a fonte]A hidroxilación de proteínas ocorre como unha modificación postraducional e catalízana as dioxixenases dependentes de 2-oxoglutarato.[5] A hidroxilación mellora a hidrosolubilidade da proteína, e tamén afecta a súa estrutura e función.
O residuo de aminoácido que máis frecuentmente se hidroxila nas proteínas humanas é a prolina. Isto débese a que o coláxeno constitúe o 25–35 % de todas as proteínas do corpo e contén un residuo de hidroxiprolina case en cada 3º residuo da súa secuencia de aminoácidos. O coláxeno contén residuos de 3‐hidroxiprolina e de 4‐hidroxiprolina.[6] A hidroxilación ocorre no átomo γ-C da prolina, formando a hidroxiprolina (Hyp), a cal estabiliza a estrutura secundaria do coláxeno debido aos fortes efectos electronegativos do oxíxeno.[7] A hidroxilación da prolina é tamén un compoñente vital da resposta á hipoxia por medio de factores inducibles pola hipoxia. Nalgúns casos, a prolina pode ser hidroxilada no seu átomo β-C. Estas tres reaccións son catalizadas polos grandes encimas multisubunidades prolil 4-hidroxilase, prolil 3-hidroxilase e lisil 5-hidroxilase, respectivamente. Estes encims necesitan ferro (así como oxíxeno molecular e α-cetoglutarato). Consomen oxixeno (o oxidante) e ácido ascórbico (vitamina C, o redutor). A deprivación de ascorbato leva a ter deficiencias na hidroxilación da prolina, o cal orixina un coláxeno menos estable, o cal pode manifestarse como a doenza escorbuto.[8]
Outros aminoácidos ademais da prolina son susceptibles á hidroxilación, especialmente lisina, asparaxina, aspartato e histidina. A lisina pode ser hidroxilada no seu átomo δ-C, formando hidroxilisina (Hyl).[9] Varias proteínas endóxenas conteñen residuos de hidroxifenilalanina e hidroxitirosina. Estes residuos están formados por hidroxilación da fenilalanina e a tirosina, un proceso no cal a hidroxilación converte os residuos de fenilalanina e residuos de tirosina.[6] A hidroxilación no C-3 da tirosina dá lugar a 3,4-dihidroxifenilalanina (DOPA), que é un precursor de hormonas e pode converterse en dopamina.
Encimas hidoxilantes
[editar | editar a fonte]Hidroxilacións sintéticas
[editar | editar a fonte]As hidroxilacións foron ben estudadas mais en poucos casos teñen un uso práctico en síntese orgánica. O ácido peroxitrifluoroacético converte algúns arenos en fenois. Os sales de peroxidisulfato converten os fenois en quinois na oxidación de persulfato de Elbs. As mesturas de sulfato ferroso e peróxido de hidróxeno, o reactivo de Fenton, compórtanse de xeito similar.[10]
A colocación de grupos hidoxilo en compostos orgánicos pode efectuarse por catalizadores biomiméticos, é dicir, catalizadores cuxos deseños están inspirados en encimas como o citocromo P450.[11]
Aínda que moitas hidroxilacións colocan átomos de O en enlaces C−H, algunhas reaccións engaden grupos OH a substratos insaturados. A dihidroxilación de Sharpless é unha reacción dese tipo: converte alquenos en diois. Os grupos hidroxi proporciónaos o peróxido de hidróxeno, que os engade no dobre enlace dos alquenos.[12]
Hidroxilación do metano
[editar | editar a fonte]O metano é un dos substratos máis estudados para as hidroxilacións porque é abundante no gas natural. Aínda que o metano é útil como combustible, sería máis valioso se se puidese converter en metanol. Os estudos da hidroxilación do metano utilizaron tanto enfoques sintéticos coma biolóxicos. Na natureza evolucionaron encimas chamados metano monooxixenases, que son eficientes pero pouco prácticos para aplicacións comerciais. En troques, os catalizadores sintéticos recibiron moita atención dos investigadores, mais tampouco eles teñen aínda valor práctico.[13]
Nota
[editar | editar a fonte]- 1 2 Huang, X.; Groves, J. T. (2017). "Beyond ferryl-mediated hydroxylation: 40 years of the rebound mechanism and C–H activation". Journal of Biological Inorganic Chemistry 22 (2–3): 185–207. PMC 5350257. PMID 27909920. doi:10.1007/s00775-016-1414-3.
- ↑ Cerniglia, Carl E. (1992). "Biodegradation of polycyclic aromatic hydrocarbons". Biodegradation 3 (2–3): 351–368. doi:10.1007/BF00129093.
- ↑ Ortiz De Montellano, Paul R. (2010). "Hydrocarbon Hydroxylation by Cytochrome P450 Enzymes". Chemical Reviews 110 (2): 932–948. PMC 2820140. PMID 19769330. doi:10.1021/cr9002193.
- ↑ Nelson, D. L.; Cox, M. M. "Lehninger, Principles of Biochemistry" 3ª ed. Worth Publishing: Nova York, 2000. ISBN 1-57259-153-6.
- ↑ Zurlo, Giada; Guo, Jianping; Takada, Mamoru; Wei, Wenyi; Zhang, Qing (decembro de 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. ISSN 0006-3002. PMC 5138100. PMID 27663420. doi:10.1016/j.bbcan.2016.09.004.
- 1 2 T. Shantha Raju (2019). "Hydroxylation of Proteins". Co- and Post-Translational Modifications of Therapeutic Antibodies and Proteins (en inglés). John Wiley & Sons. pp. 119–131. ISBN 978-1-119-05335-4. doi:10.1002/9781119053354.ch10.
- ↑ Holmgren, Steven K; Bretscher, Lynn E; Taylor, Kimberly M; Raines, Ronald T (1999). "A hyperstable collagen mimic". Chemistry & Biology 6 (2): 63–70. PMID 10021421. doi:10.1016/S1074-5521(99)80003-9.
- ↑ Voet, Donald; Voet, Judith G.; Pratt, Charlotte W. (2016). Principles of Biochemistry. Wiley. p. 143. ISBN 978-1-119-45166-2.
- ↑ Hausinger RP (xaneiro-febreiro de 2004). "Fe(II)/α-ketoglutarate-dependent hydroxylases and related enzymes". Crit. Rev. Biochem. Mol. Biol. 39 (1): 21–68. PMID 15121720. doi:10.1080/10409230490440541.
- ↑ Smith, Michael B.; March, Jerry (2007), Advanced Organic Chemistry: Reactions, Mechanisms, and Structure (6ª ed.), Nova York: Wiley-Interscience, p. 964, ISBN 978-0-471-72091-1
- ↑ 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. PMID 11513570. doi:10.1021/ar000209h.
- ↑ Kolb, Hartmuth C.; Vannieuwenhze, Michael S.; Sharpless, K. Barry (1994). "Catalytic Asymmetric Dihydroxylation". Chemical Reviews 94 (8): 2483–2547. doi:10.1021/cr00032a009.
- ↑ Dummer, Nicholas F.; Willock, David J.; He, Qian; Howard, Mark J.; Lewis, Richard J.; Qi, Guodong; Taylor, Stuart H.; Xu, Jun; Bethell, Don; Kiely, Christopher J.; Hutchings, Graham J. (2023). "Methane Oxidation to Methanol". Chemical Reviews 123 (9): 6359–6411. PMC 10176486. PMID 36459432. doi:10.1021/acs.chemrev.2c00439.
Bibliografía
[editar | editar a fonte]- 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 (4): 673–751. PMID 11121513. doi:10.1016/S0031-6997(24)01472-8.
