하이드록실화 문서 원본 보기

'''하이드록실화'''({{llang|en|hydroxylation}})는 [[화학]]에서 다음을 의미할 수 있다.
* (1) 가장 일반적으로 하이드록실화는 [[하이드록실기]](-OH)를 [[유기 화합물]]에 도입하는 [[화학]] 과정을 말한다.
* (2) 하이드록실화의 정도는 분자 내에 하이드록실기(-OH)의 갯수를 나타낸다. 하이드록실화의 패턴은 분자 또는 물질에서 하이드록실기의 위치를 나타낸다.<ref>{{저널 인용|title=The Effects of Plant Flavonoids on Mammalian Cells: Implications for Inflammation, Heart Disease, and Cancer |author=Middleton, Elliott Jr |author2=Kandaswami, Chithan |author3=Theoharides, Theoharis C.
|journal=Pharmacological Reviews|year=2000|volume=52|page=673-751}}</ref>

== 하이드록실화 반응 ==
=== 합성 하이드록실화 ===
유기 화합물에 하이드록실기를 도입하는 것은 다양한 금속 촉매에 의해 영향을 받을 수 있다. 이러한 많은 촉매들은 생체모방적이다. 즉, [[사이토크롬 P450]]과 같은 효소에서 영감을 얻거나 모방하려 한 것이다.<ref>{{저널 인용|doi=10.1021/ar000209h|title=Catalytic Functionalization of Arenes and Alkanes via C−H Bond Activation|year=2001|last1=Jia|first1=Chengguo|last2=Kitamura|first2=Tsugio|last3=Fujiwara|first3=Yuzo|journal=Accounts of Chemical Research|volume=34|issue=8|pages=633–639|pmid=11513570}}</ref>

많은 하이드록실화가 O 원자를 C-H 결합에 도입하는 것인 반면, 일부 반응은 불포화 기질에 하이드록실기(-OH)를 첨가하는 것이다. [[샤플리스 비대칭 다이하이드록실화]]는 이러한 반응으로 알켄을 [[다이올]]로 전환시킨다. 하이드록실기는 [[알켄]]의 이중 결합에 추가되는 [[과산화 수소]]에 의해 제공된다.<ref>{{저널 인용|doi=10.1021/cr00032a009|title=Catalytic Asymmetric Dihydroxylation|year=1994|last1=Kolb|first1=Hartmuth C.|last2=Vannieuwenhze|first2=Michael S.|last3=Sharpless|first3=K. Barry|journal=Chemical Reviews|volume=94|issue=8|pages=2483–2547}}</ref>

=== 생물학적 하이드록실화 ===
[[생화학]]에서 하이드록실화 반응은 보통 '''하이드록실화효소'''({{llang|en|hydroxylase}})라고 불리는 [[효소]]에 의해 촉매된다. C-H 결합은 O 원자를 C-H 결합에 삽입함으로써 [[알코올]]로 전환된다. 일반 [[탄화수소]]의 하이드록실화에 대한 일반적인 [[화학양론]]은 다음과 같다.
:2R<sub>3</sub>C-H + O<sub>2</sub> → 2R<sub>3</sub>C-OH
:R<sub>3</sub>C-H + O<sub>2</sub> + 2e<sup>-</sup> + 2 H<sup>+</sup> → R<sub>3</sub>C-OH + H<sub>2</sub>O
O<sub>2</sub> 자체는 느리고 비선택적인 하이드록실화제이기 때문에 [[반응 속도]]를 가속화하고 선택성을 도입하기 위한 [[촉매]]가 필요하다.<ref name=JTG/>

하이드록실화는 보통 공기 중의 유기 화합물 분해의 첫 번째 단계이다. 하이드록실화는 [[친유성]] 화합물을 [[친수성]] 화합물로 전환시켜 [[간]]이나 [[콩팥]]에서 더 쉽게 제거하고 [[배설]]시킬 수 있게 때문에 [[해독]]에서 중요하다. 일부 [[의약품|약물]](예: [[스테로이드]] 계통)은 하이드록실화에 의해 활성화 또는 불활성화된다.<ref>{{저널 인용|doi=10.1007/BF00129093|title=Biodegradation of polycyclic aromatic hydrocarbons|year=1992|last1=Cerniglia|first1=Carl E.|journal=Biodegradation|volume=3|issue=2–3|pages=351–368|s2cid=25516145}}</ref>

자연에서 주요 하이드록실화제는 [[사이토크롬 P450]]으로 수백 가지의 변형들이 알려져 있다. 다른 하이드록실화제로는 [[플라빈]], [[α-케토글루타르산 의존성 하이드록실화효소]] 및 일부 이철 하이드록실화제가 있다.<ref>Nelson, D. L.; Cox, M. M. "Lehninger, Principles of Biochemistry" 3rd Ed. Worth Publishing: New York, 2000. {{ISBN|1-57259-153-6}}.</ref>
{|
|[[파일:ORebound.png|섬네일|왼쪽|500px|많은 철 촉매 하이드록실화를 설명하는 [[산소 재결합 메커니즘]](oxygen rebound mechanism)의 단계: H-원자 추출, 산소 재결합, 알코올 분해.<ref name=JTG>{{저널 인용|author=Huang, X. |author2=Groves, J. T. |title=Beyond ferryl-mediated hydroxylation: 40 years of the rebound mechanism and C–H activation |journal=JBIC Journal of Biological Inorganic Chemistry |year=2017 |volume=22 |issue=2–3 |pages=185–207 |doi=10.1007/s00775-016-1414-3 |pmc=5350257 |pmid=27909920}}</ref>]]
|}

==== 단백질에서의 하이드록실화 ====
[[단백질]]의 하이드록실화는 [[번역 후 변형]]으로 일어나며 α-케토글루타르산 의존성 이산소화효소에 의해 촉매된다.<ref>{{저널 인용|last1=Zurlo|first1=Giada|last2=Guo|first2=Jianping|last3=Takada|first3=Mamoru|last4=Wei|first4=Wenyi|last5=Zhang|first5=Qing|date=December 2016|title=New Insights into Protein Hydroxylation and Its Important Role in Human Diseases|journal=Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Reviews on Cancer|volume=1866|issue=2|pages=208–220|doi=10.1016/j.bbcan.2016.09.004|issn=0006-3002|pmc=5138100|pmid=27663420}}</ref> 분자가 하이드록실화되면 보다 더 수용성이 되어 분자의 구조와 기능에 영향을 미치게 된다. [[리신]], [[아스파라진]], [[아스파르트산]], [[히스티딘]]과 같은 여러 [[아미노산]]들에서 일어날 수 있지만, 사람의 단백질에서 가장 자주 하이드록실화되는 아미노산 [[잔기]]는 [[프롤린]]이다. 이는 [[콜라겐]]이 우리 몸에 있는 단백질의 약 25~35%를 차지하고, 콜레겐의 아미노산 서열의 거의 모든 세 번째 잔기에 하이드록시프롤린을 포함하고 있기 때문이다. 콜라겐은 3-하이드록시프롤린과 4-하이드록시프롤린 잔기로 구성된다.<ref name="Raju_2019">{{인용|author=T. Shantha Raju |chapter=Hydroxylation of Proteins|date=2019|title=Co- and Post-Translational Modifications of Therapeutic Antibodies and Proteins|pages=119–131|publisher=John Wiley & Sons |language=en|doi=10.1002/9781119053354.ch10|isbn=978-1-119-05335-4}}</ref> γ-탄소 원자에서 하이드록실화가 일어나서 [[하이드록시프롤린]](Hyp)을 형성하여 산소의 강력한 전기음성 효과로 인해 콜라겐의 2차 구조를 안정화시킨다.<ref>{{저널 인용|doi=10.1016/S1074-5521(99)80003-9 |pmid=10021421 |title=A hyperstable collagen mimic |journal=Chemistry & Biology |volume=6 |issue=2 |pages=63–70 |year=1999 |last1=Holmgren |first1=Steven K |last2=Bretscher |first2=Lynn E |last3=Taylor |first3=Kimberly M |last4=Raines |first4=Ronald T |doi-access=free }}</ref> 프롤린의 하이드록실화는 또한 [[저산소증 유도인자]]를 통한 [[저산소증]] 반응의 중요한 구성 요소이다. 어떤 경우에는 프롤린이 β-탄소 원자 이외에서 하이드록실화될 수 있다. 리신은 또한 δ-탄소 원자에서 하이드록실화되어 [[하이드록시리신]](Hyl)을 생성할 수 있다.<ref name="pmid15121720">{{저널 인용|vauthors=Hausinger RP | s2cid = 85784668 | title = Fe(II)/α-ketoglutarate-dependent hydroxylases and related enzymes | journal = Crit. Rev. Biochem. Mol. Biol. | volume = 39 | issue = 1 | pages = 21–68 |date=January–February 2004 | pmid =15121720 | doi = 10.1080/10409230490440541 }}</ref>

이 세 가지 반응은 각각 매우 큰 다중 소단위체 효소인 프롤린 4-하이드록실화효소, 프롤린 3-하이드록실화효소 및 리실 5-하이드록실화효소에 의해 촉매된다. 이러한 반응은 산화를 수행하기 위해 철(뿐만 아니라 O<sub>2</sub>및 [[α-케토글루타르산]]도 필요함)을 필요로 하며, [[아스코르브산]](비타민 C)를 사용하여 철을 환원 상태로 되돌린다. 아스코르브산의 결핍은 프롤린의 하이드록실화의 결핍으로 이어져 안정성이 떨어지는 콜라겐을 형성하게 되어 [[괴혈병]]을 발병시킬 수 있다. 감귤류에는 비타민 C가 풍부하기 때문에 [[영국]] [[선원]]들에게는 긴 바다 항해동안 괴혈병과 싸우기 위해 [[라임]]이 주어졌고, 이 때문에 영국 선원들은 라이미(limeys)로 불렸다.<ref>{{서적 인용|last1=Voet|first1=Donald|title=Principles of Biochemistry|last2=Voet|first2=Judith G.|last3=Pratt|first3=Charlotte W.|publisher=Wiley|year=2016|isbn=978-1-119-45166-2|pages=143}}</ref>

여러 내인성 단백질에는 하이드록시페닐알라닌과 하이드록시티로신 잔기가 포함되어 있다. 이러한 잔기는 페닐알라닌과 티로신의 하이드록실화로 인해 형성되며, 하이드록실화는 페닐알라닌 잔기를 티로신 잔기로 전환하는 과정이다. 이것은 살아있는 생물에서 과도한 양의 페닐알라닌 잔기를 조절하는 데 있어 매우 중요하다.<ref name="Raju_2019" /> 티로신의 3번 탄소에서의 하이드록실화는 [[3.4-다이하이드록시페닐알라닌]](DOPA)를 생성하며, [[L-도파|도파]]는 [[호르몬]]의 [[전구체]]이고 [[도파민]]으로 전환될 수 있기 때문에 티로신 잔기의 하이드록실화는 살아있는 생물에서 매우 중요하다.

== 같이 보기 ==
* [[17α-하이드록실화효소]]
* [[콜레스테롤 7α-하이드록실화효소]]
* [[도파민 β-하이드록실화효소]]
* [[페닐알라닌 하이드록실화효소]]
* [[티로신 하이드록실화효소]]
* 비생물학적 하이드록실화의 한 예는 페놀을 과산화 수소를 이용해 하이드록실화시켜 [[하이드로퀴논]]을 생성하는 것이다.

== 각주 ==
{{각주}}

{{단백질의 일차 구조}}
{{위키데이터 속성 추적}}

[[분류:유기 산화 환원 반응]]
[[분류:번역 후 변형]]