Καρβοξυλίωση

Η καρβοξυλίωση (Carboxylation) είναι μια χημική αντίδραση κατά την οποία παράγεται ένα καρβοξυλικό οξύ με επεξεργασία ενός υποστρώματος με διοξείδιο του άνθρακα."Carboxylation: The introduction of a carboxyl group into a molecule or compound to form a carboxylic acid or a carboxylate; an instance of this." Η αντίθετη αντίδραση είναι η αποκαρβοξυλίωση (decarboxylation). Στη χημεία, ο όρος ενανθράκωση (carbonation) χρησιμοποιείται μερικές φορές συνώνυμα με την καρβοξυλίωση, ειδικά όταν εφαρμόζεται στην αντίδραση καρβανιονικών αντιδραστηρίων με CO2. Γενικότερα, η ενανθράκωση συνήθως περιγράφει την παραγωγή ανθρακικών."Carbonation: Impregnation or treatment with carbon dioxide; conversion into a carbonate."
Οργανική χημεία
Η καρβοξυλίωση είναι μια τυπική μετατροπή στην οργανική χημεία. Συγκεκριμένα η ενανθράκωση (δηλαδή η καρβοξυλίωση) των αντιδραστηρίων Grignard και των ενώσεων οργανολιθίου είναι ένας κλασικός τρόπος μετατροπής οργανικών αλογονιδίων σε καρβοξυλικά οξέα.
Το σαλικυλικό νάτριο, πρόδρομο της ασπιρίνης, παρασκευάζεται εμπορικά με επεξεργασία φαινολικού νατρίου (το άλας νατρίου της φαινόλης) με διοξείδιο του άνθρακα σε υψηλή πίεση (100 atm ) και υψηλή θερμοκρασία (390 K) – μια μέθοδος γνωστή ως αντίδραση Kolbe-Schmitt. Η οξίνιση του προκύπτοντος σαλικυλικού άλατος δίνει σαλικυλικό οξύ.
400px
Πολλές λεπτομερείς διαδικασίες περιγράφονται στο περιοδικό Organic Syntheses.
Οι καταλύτες καρβοξυλίωσης περιλαμβάνουν Ν-ετεροκυκλικά καρβένια  και καταλύτες με βάση τον άργυρο.

 Η καρβοξυλίωση στη βιοχημεία 
Η ζωή με βάση τον άνθρακα προέρχεται από την καρβοξυλίωση που συνδέει το ατμοσφαιρικό διοξείδιο του άνθρακα με ένα σάκχαρο. Η διαδικασία συνήθως καταλύεται από το ένζυμο RuBisCO (καρβοξυλάση/οξυγενάση της 1,5-διφωσφορικής ριβουλόζης), που είναι πιθανώς η μόνη πιο άφθονη πρωτεΐνη στη Γη.
140px|thumb|right| Καρβοξυγλουταμινικό οξύ
Πολλές καρβοξυλάσες, συμπεριλαμβανομένων των καρβοξυλάση του ακετυλοσυνένζυμου Α (Acetyl-CoA carboxylase), καρβοξυλάση του μεθυλοκροτονυλοσυνένζυμου Α (Methylcrotonyl-CoA carboxylase), καρβοξυλάση του προπιονυλοσυνένζυμου Α (Propionyl-CoA carboxylase) και πυροσταφυλικής καρβοξυλάσης (Pyruvate carboxylase) απαιτούν βιοτίνη ως συμπαράγοντα. Αυτά τα ένζυμα εμπλέκονται σε διάφορες βιογονικές οδούς. Στο σχήμα EC, τέτοιες καρβοξυλάσες ταξινομούνται στην EC 6.3.4, "Άλλες λιγάσες άνθρακα-αζώτου".
Ένα άλλο παράδειγμα είναι η μεταμεταφραστική τροποποίηση υπολειμμάτων γλουταμινικού οξέος, σε γ-καρβοξυγλουταμινικό, σε πρωτεΐνες. Εμφανίζεται κυρίως σε πρωτεΐνες που εμπλέκονται στον καταρράκτη πήξης του αίματος, συγκεκριμένα στους παράγοντες II, VII, IX και X, στην πρωτεΐνη C και στην πρωτεΐνη S, καθώς και σε ορισμένες πρωτεΐνες των οστών. Αυτή η τροποποίηση απαιτείται για να λειτουργήσουν αυτές οι πρωτεΐνες. Η καρβοξυλίωση λαμβάνει χώρα στο ήπαρ και εκτελείται από τη γ-γλουταμυλοκαρβοξυλάση (γ-glutamyl carboxylase, GGCX).OMIM - gamma-glutamyl carboxylase, contributed by McKusick VA, last updated October 2004  Η GGCX απαιτεί βιταμίνη Κ ως συμπαράγοντα και εκτελεί την αντίδραση με διεργαστικό τρόπο.Το γ-καρβοξυγλουταμικό δεσμεύει το ασβέστιο, το οποίο είναι απαραίτητο για τη δράση του. Παραδείγματος χάρη, στην προθρομβίνη (prothrombin), η δέσμευση ασβεστίου επιτρέπει στην πρωτεΐνη να συσχετιστεί με την κυτταρική μεμβράνη στα αιμοπετάλια, φέρνοντάς την σε άμεση γειτνίαση με τις πρωτεΐνες που διασπούν την προθρομβίνη σε ενεργή θρομβίνη μετά από τραυματισμό.Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L.  Biochemistry, 5th ed.  New York: W. H. Freeman and Company, 2002.

 Παραπομπές 

Κατηγορία:Οργανικές αντιδράσεις
Κατηγορία:Μεταμεταφραστική τροποποίηση