Hidroxilação - Hydroxylation

Hidroxilação e hidroxilases não devem ser confundidas com hidrólise e hidrolases .

Em química , a hidroxilação pode referir-se a:

  • (i) mais comumente, a hidroxilação descreve um processo químico que introduz um grupo hidroxila (-OH) em um composto orgânico .
  • (ii) o grau de hidroxilação refere-se ao número de grupos OH em uma molécula. O padrão de hidroxilação refere-se à localização dos grupos hidroxila em uma molécula ou material.

Reações de hidroxilação

Hidroxilações sintéticas

A instalação de grupos hidroxila em compostos orgânicos pode ser realizada por vários catalisadores de metal. Muitos desses catalisadores são biomiméticos, ou seja, são inspirados ou têm a intenção de imitar enzimas como o citocromo P450.

Enquanto muitas hidroxilações inserem átomos de O em ligações CH, algumas reações adicionam grupos OH a substratos insaturados. A diidroxilação Sharpless é uma dessas reações: ela converte alquenos em dióis . Os grupos hidroxila são fornecidos pelo peróxido de hidrogênio , que se soma à dupla ligação dos alquenos .

Hidroxilação biológica

Em bioquímica , as reações de hidroxilação são freqüentemente facilitadas por enzimas chamadas hidroxilases . Uma ligação CH é convertida em um álcool pela inserção de um átomo de oxigênio em uma ligação CH. Estequiometrias típicas para a hidroxilação de um hidrocarboneto genérico são estas:

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

Uma vez que o próprio O 2 é um agente de hidroxilação lento e não seletivo, os catalisadores são necessários para acelerar o ritmo do processo e introduzir seletividade.

A hidroxilação é frequentemente o primeiro passo na degradação de compostos orgânicos no ar. A hidroxilação é importante na desintoxicação, uma vez que converte os compostos lipofílicos em produtos solúveis em água ( hidrofílicos ) que são mais facilmente removidos pelos rins ou fígado e excretados . Algumas drogas (por exemplo, esteróides ) são ativadas ou desativadas por hidroxilação.

O principal agente de hidroxilação na natureza é o citocromo P-450 , das quais centenas de variações são conhecidas. Outros agentes de hidroxilação incluem flavinas, hidroxilases dependentes de alfa-cetoglutarato e algumas hidroxilases de diiron.

Etapas em um mecanismo de recuperação do oxigênio que explica muitas hidroxilações catalisadas pelo ferro: abstração do átomo de H, recuperação do oxigênio, descomplexação do álcool.

De proteínas

A hidroxilação de proteínas ocorre como uma modificação pós-tradução e é catalisada por dioxigenases dependentes de 2-oxoglutarato. Quando as moléculas são hidroxiladas, elas se tornam mais solúveis em água, o que afeta sua estrutura e função. Pode ocorrer em vários aminoácidos, como lisina, asparagina, aspartato e histidina, mas o resíduo de aminoácido hidroxilado com mais frequência nas proteínas humanas é a prolina . Isso se deve ao fato de que o colágeno constitui cerca de 25–35% da proteína em nosso corpo e contém uma hidroxiprolina em quase cada terceiro resíduo em sua sequência de aminoácidos. O colágeno consiste em resíduos de 3 ‐ hidroxiprolina e 4 ‐ hidroxiprolina. A hidroxilação ocorre no átomo γ-C, formando hidroxiprolina (Hyp), que estabiliza a estrutura secundária do colágeno devido aos fortes efeitos eletronegativos do oxigênio. Hidroxilação de prolina é também um componente vital da hipoxia resposta através de factores induteis por hipoxia . Em alguns casos, a prolina pode ser hidroxilada em vez de seu átomo β-C. A lisina também pode ser hidroxilada em seu átomo δ-C, formando hidroxilisina (Hyl).

Estas três reações são catalisadas por enzimas de múltiplas subunidades prolil 4-hidroxilase , prolil 3-hidroxilase e lisil 5-hidroxilase , respectivamente. Essas reações requerem ferro (bem como oxigênio molecular e α-cetoglutarato ) para realizar a oxidação e usam ácido ascórbico (vitamina C) para retornar o ferro ao seu estado reduzido. A privação de ascorbato leva a deficiências na hidroxilação da prolina, o que leva a um colágeno menos estável, que pode se manifestar como o escorbuto da doença . Como as frutas cítricas são ricas em vitamina C, os marinheiros britânicos recebiam limas para combater o escorbuto em longas viagens oceânicas; portanto, eles foram chamados de "limeys".

Várias proteínas endógenas contêm resíduos de hidroxifenilalanina e hidroxitirosina. Esses resíduos são formados devido à hidroxilação da fenilalanina e da tirosina, processo no qual a hidroxilação converte resíduos de fenilalanina em resíduos de tirosina. Isso é muito importante nos organismos vivos para ajudá-los a controlar as quantidades excessivas de resíduos de fenilalanina. A hidroxilação de resíduos de tirosina também é muito vital em organismos vivos porque a hidroxilação em C-3 da tirosina cria 3,4-dihidroxifenilalanina (DOPA), que é um precursor de hormônios e pode ser convertido em dopamina.

Exemplos

Referências

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