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化学において、水酸化とは以下を指します。
- （i）最も一般的には、水酸化は有機化合物にヒドロキシル基（−OH ）を導入する化学プロセスを指します。
- （ii）水酸化の程度は分子中のOH基の数を指します。水酸化のパターンは分子または物質上のヒドロキシ基の位置を指します。[1]
ヒドロキシル化反応
合成ヒドロキシル化
有機化合物へのヒドロキシル基の導入は、さまざまな金属触媒によって行うことができます。そのような触媒の多くは生体模倣型であり、シトクロムP450などの酵素にヒントを得たり、酵素を模倣することを目的としています。[2]
多くのヒドロキシル化ではC−H結合にO原子が挿入されますが、いくつかの反応では不飽和基質にOH基が付加されます。シャープレスジヒドロキシル化はそのような反応の1つで、アルケンをジオールに変換します。ヒドロキシ基は過酸化水素によって供給され、アルケンの二重結合に付加されます。[3]
生物学的水酸化
生化学では、ヒドロキシル化反応はヒドロキシラーゼと呼ばれる酵素によって促進されることが多い。C −H 結合は、C −H結合に酸素原子が挿入されることによってアルコールに変換される。一般的な炭化水素のヒドロキシル化の典型的な化学量論は以下のとおりである。
O2自体は反応が遅く非選択的な水酸化剤であるため、反応速度を速め選択性を導入するために触媒が必要である。[4]
ヒドロキシル化は、空気中の有機化合物の分解における最初のステップであることが多い。ヒドロキシル化は、親油性化合物を水溶性（親水性）生成物に変換し、腎臓や肝臓で容易に除去され、排泄されるため、解毒において重要である。一部の薬物（ステロイドなど）は、ヒドロキシル化によって活性化または不活性化される。[5]
自然界における主要な水酸化剤はシトクロムP-450であり、その数百のバリエーションが知られています。その他の水酸化剤には、フラビン、α-ケトグルタル酸依存性水酸化酵素（2-オキソグルタル酸依存性ジオキシゲナーゼ）、およびいくつかの二鉄水酸化酵素があります。[6]
タンパク質の
タンパク質の水酸化は翻訳後修飾として起こり、2-オキソグルタル酸依存性ジオキシゲナーゼによって触媒されます。[7]分子が水酸化されると、水溶性が高まり、構造と機能に影響を与えます。これは、リジン、アスパラギン、アスパラギン酸、ヒスチジンなどのいくつかのアミノ酸で起こりますが、ヒトのタンパク質中で最も頻繁に水酸化されるアミノ酸残基はプロリンです。これは、コラーゲンが体内のタンパク質の約25～35%を占め、アミノ酸配列のほぼ3番目の残基ごとにヒドロキシプロリンを含んでいるという事実によるものです。コラーゲンは、3‐ヒドロキシプロリン残基と4‐ヒドロキシプロリン残基の両方で構成されています。[8]水酸化はγ-C原子で起こり、ヒドロキシプロリン（Hyp）を形成し、酸素の強い電気陰性効果によりコラーゲンの二次構造を安定化します。[9]プロリンの水酸化は、低酸素誘導因子を介した低酸素反応の重要な要素でもあります。場合によっては、プロリンはβ-C原子上で水酸化されることがあります。リジンもδ-C原子上で水酸化され、ヒドロキシリジン（Hyl）を形成することがあります。[10]
これら 3 つの反応は、それぞれプロリル 4-ヒドロキシラーゼ、プロリル 3-ヒドロキシラーゼ、リシル 5-ヒドロキシラーゼという非常に大きな多サブユニット酵素によって触媒される。これらの反応は、酸化を行うために鉄 (および分子状酸素とα-ケトグルタル酸) を必要とし、鉄を還元状態に戻すためにアスコルビン酸(ビタミン C) を使用する。アスコルビン酸が不足するとプロリン水酸化が欠乏し、コラーゲンの安定性が低下し、壊血病という病気として現れることがある。柑橘類にはビタミン C が豊富に含まれているため、英国の船員は長い航海の壊血病対策としてライムを与えられたため、ライムは「ライム」と呼ばれていた。[11]
いくつかの内因性タンパク質にはヒドロキシフェニルアラニン残基とヒドロキシチロシン残基が含まれています。これらの残基は、フェニルアラニンとチロシンの水酸化によって形成されます。このプロセスでは、水酸化によってフェニルアラニン残基がチロシン残基に変換されます。これは、生体内で過剰なフェニルアラニン残基を制御するために非常に重要です。[8]チロシン残基の水酸化は、生体内でも非常に重要です。チロシンの C-3 での水酸化によって、ホルモンの前駆体であり、ドーパミンに変換できる 3,4- ジヒドロキシフェニルアラニン (DOPA) が生成されるためです。
例
- 17α-ヒドロキシラーゼ
- コレステロール7α-ヒドロキシラーゼ
- ドーパミンβ-ヒドロキシラーゼ
- フェニルアラニン水酸化酵素
- チロシン水酸化酵素
- 非生物学的水酸化の一例としては、過酸化水素によるフェノールの水酸化でハイドロキノンが形成されることが挙げられます。
参考文献
- ^ Middleton, Elliott Jr; Kandaswami, Chithan; Theoharides, Theoharis C. (2000). 「植物 フラボノイドの哺乳類細胞に対する影響：炎症、心臓病、および癌への影響」薬理学レビュー52 (4): 673–751. PMID 11121513.
- ^ Jia, Chengguo; Kitamura, Tsugio; Fujiwara, Yuzo (2001). 「C−H結合活性化によるアレーンおよびアルカンの触媒機能化」. Accounts of Chemical Research . 34 (8): 633–639. doi :10.1021/ar000209h. PMID 11513570.
- ^ Kolb, Hartmuth C.; Vannieuwenhze, Michael S.; Sharpless, K. Barry (1994). 「触媒的不斉ジヒドロキシル化」.化学レビュー. 94 (8): 2483–2547. doi :10.1021/cr00032a009.
- ^ ab Huang, X.; Groves, JT (2017). 「フェリル媒介ヒドロキシル化を超えて：リバウンドメカニズムとC–H活性化の40年」。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). 「多環芳香族炭化水素の生分解」.生分解. 3 (2–3): 351–368. doi :10.1007/BF00129093. S2CID 25516145.
- ^ Nelson, DL; Cox, MM「Lehninger, Principles of Biochemistry」第3版。Worth Publishing: New York, 2000年。ISBN 1-57259-153-6。[ページが必要]
- ^ ズルロ、ジャーダ;郭建平。高田守；ウェイ、ウェンイー。張、清（2016 年 12 月）。 「タンパク質の水酸化とヒトの病気におけるその重要な役割に関する新たな洞察」。Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - がんに関するレビュー。1866年(2): 208–220。土井：10.1016/j.bbcan.2016.09.004。ISSN 0006-3002。PMC 5138100。PMID 27663420。
- ^ ab T. Shantha Raju (2019)、「タンパク質の水酸化」、治療用抗体およびタンパク質の翻訳後修飾、John Wiley & Sons、pp. 119–131、doi :10.1002/9781119053354.ch10、ISBN 978-1-119-05335-4、S2CID 243626930
- ^ Holmgren, Steven K; Bretscher, Lynn E; Taylor, Kimberly M; Raines, Ronald T (1999). 「超安定コラーゲン模倣体」.化学と生物学. 6 (2): 63–70. doi : 10.1016/S1074-5521(99)80003-9 . PMID 10021421.
- ^ Hausinger RP (2004年1月～2月). 「Fe(II)/α-ケトグルタル酸依存性ヒドロキシラーゼおよび関連酵素」. Crit. Rev. Biochem. Mol. Biol . 39 (1): 21–68. doi :10.1080/10409230490440541. PMID 15121720. S2CID 85784668.
- ^ ヴォート、ドナルド; ヴォート、ジュディス G.; プラット、シャーロット W. (2016).生化学の原理. ワイリー. p. 143. ISBN 978-1-119-45166-2。