Hidroxilación - Hydroxylation

La hidroxilación y las hidroxilasas no deben confundirse con la hidrólisis y las hidrolasas .

En química , la hidroxilación se puede referir a:

  • (i) más comúnmente, la hidroxilación describe un proceso químico que introduce un grupo hidroxilo (-OH) en un compuesto orgánico .
  • (ii) el grado de hidroxilación se refiere al número de grupos OH en una molécula. El patrón de hidroxilación se refiere a la ubicación de los grupos hidroxi en una molécula o material.

Reacciones de hidroxilación

Hidroxilaciones sintéticas

La instalación de grupos hidroxilo en compuestos orgánicos puede realizarse mediante varios catalizadores metálicos. Muchos de estos catalizadores son biomiméticos, es decir, están inspirados o destinados a imitar enzimas como el citocromo P450.

Mientras que muchas hidroxilaciones insertan átomos de O en enlaces CH, algunas reacciones agregan grupos OH a sustratos insaturados. La dihidroxilación de Sharpless es una reacción de este tipo: convierte alquenos en dioles . Los grupos hidroxi son proporcionados por el peróxido de hidrógeno , que se suma a través del doble enlace de los alquenos .

Hidroxilación biológica

En bioquímica , las reacciones de hidroxilación a menudo son facilitadas por enzimas llamadas hidroxilasas . Un enlace CH se convierte en alcohol mediante la inserción de un átomo de oxígeno en un enlace CH. Las estequiometrías típicas para la hidroxilación de un hidrocarburo genérico son las siguientes:

2  R 3 C-H + O 2 → 2  R 3 C-OH
R 3 C-H + O 2 + 2e - + 2  H + → R 3 C-OH + H 2 O

Dado que el propio O 2 es un agente de hidroxilación lento y no selectivo, se requieren catalizadores para acelerar el ritmo del proceso e introducir selectividad.

La hidroxilación es a menudo el primer paso en la degradación de compuestos orgánicos en el aire. La hidroxilación es importante en la desintoxicación, ya que convierte los compuestos lipofílicos en productos solubles en agua ( hidrofílicos ) que se eliminan más fácilmente por los riñones o el hígado y se excretan . Algunos medicamentos (por ejemplo, los esteroides ) se activan o desactivan mediante hidroxilación.

El principal agente de hidroxilación en la naturaleza es el citocromo P-450 , del cual se conocen cientos de variaciones. Otros agentes hidroxilantes incluyen flavinas, hidroxilasas dependientes de alfa-cetoglutarato y algunas diirroxilasas.

Pasos en un mecanismo de rebote de oxígeno que explica muchas hidroxilaciones catalizadas por hierro: abstracción del átomo de H, rebote de oxígeno, descomplejación del alcohol.

De proteínas

La hidroxilación de proteínas se produce como una modificación postraduccional y es catalizada por dioxigenasas dependientes de 2-oxoglutarato. Cuando las moléculas se hidroxilan, se vuelven más solubles en agua, lo que afecta su estructura y función. Puede tener lugar en varios aminoácidos, como lisina, asparagina, aspartato e histidina, pero el residuo de aminoácido hidroxilado con mayor frecuencia en las proteínas humanas es la prolina . Esto se debe al hecho de que el colágeno constituye aproximadamente el 25-35% de la proteína en nuestro cuerpo y contiene una hidroxiprolina en casi cada tercer residuo en su secuencia de aminoácidos. El colágeno consta de residuos de 3-hidroxiprolina y 4-hidroxiprolina. La hidroxilación se produce en el átomo de γ-C, formando hidroxiprolina (Hyp), que estabiliza la estructura secundaria del colágeno debido a los fuertes efectos electronegativos del oxígeno. Hidroxilación de prolina es también un componente vital de la hipoxia respuesta a través de factores inducibles por hipoxia . En algunos casos, la prolina puede hidroxilarse en su lugar en su átomo de β-C. La lisina también puede hidroxilarse en su átomo de δ-C, formando hidroxilisina (Hyl).

Estas tres reacciones son catalizadas por enzimas de múltiples subunidades prolil 4-hidroxilasa , prolil 3-hidroxilasa y lisil 5-hidroxilasa , respectivamente. Estas reacciones requieren hierro (así como oxígeno molecular y α-cetoglutarato ) para llevar a cabo la oxidación, y usan ácido ascórbico (vitamina C) para devolver el hierro a su estado reducido. La privación de ascorbato conduce a deficiencias en la hidroxilación de prolina, lo que conduce a un colágeno menos estable, que puede manifestarse como la enfermedad del escorbuto . Dado que las frutas cítricas son ricas en vitamina C, los marineros británicos recibieron limas para combatir el escorbuto en los largos viajes por el océano; de ahí que se les llamara "limeys".

Varias proteínas endógenas contienen residuos de hidroxifenilalanina e hidroxitirosina. Estos residuos se forman debido a la hidroxilación de fenilalanina y tirosina, un proceso en el que la hidroxilación convierte los residuos de fenilalanina en residuos de tirosina. Esto es muy importante en los organismos vivos para ayudarlos a controlar el exceso de residuos de fenilalanina. La hidroxilación de residuos de tirosina también es muy vital en los organismos vivos porque la hidroxilación en C-3 de la tirosina crea 3,4-dihidroxifenilalanina (DOPA), que es un precursor de las hormonas y se puede convertir en dopamina.

Ejemplos de

Referencias

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