Metilasyon - Methylation

Kimya bilimlerinde, metilasyon , bir substrat üzerine bir metil grubunun eklenmesini veya bir atomun (veya grubun) bir metil grubu ile ikame edilmesini ifade eder. Metilasyon, bir hidrojen atomunun yerini alan bir metil grubu ile bir alkilasyon şeklidir . Bu terimler kimya , biyokimya , toprak bilimi ve biyolojik bilimlerde yaygın olarak kullanılmaktadır .

Olarak , biyolojik sistemlerde , metilasyon olan katalize göre enzimler ; örneğin metilasyon modifikasyonu yer alabilir ağır metaller , düzenlenmesi , gen ekspresyonunun düzenlenmesinde protein fonksiyonunun ve RNA işleme . Doku örneklerinin in vitro metilasyonu da belirli histolojik boyama artefaktlarını azaltmak için bir yöntemdir . Metilasyonun karşılığı demetilasyon olarak adlandırılır .

biyolojide

Biyolojik sistemlerde metilasyon enzimler tarafından gerçekleştirilir. Metilasyon, ağır metalleri değiştirebilir, gen ekspresyonunu, RNA işlemeyi ve protein fonksiyonunu düzenleyebilir. Epigenetiğin altında yatan kilit bir süreç olarak kabul edilmiştir .

metanojenez

Metanogenesiz , CO metan üreten işlem 2 , metilasyon reaksiyonları bir dizi içerir. Bu reaksiyonlar, bir anaerobik mikrop ailesi tarafından barındırılan bir dizi enzim tarafından gerçekleştirilir.

Ara ürünleri gösteren metanojenez döngüsü.

Ters metanojenezde metan, metilasyon ajanı olarak hizmet eder.

O-metiltransferazlar

Çok çeşitli fenoller , anizol türevleri vermek üzere O-metilasyona tabi tutulur . Gibi enzimler tarafından katalize edilen bu işlem, kafeoil-CoA O-metiltransferaz , biyosentezinde bir anahtar reaksiyon lignols , percursors için lignin , bitkilerin büyük bir yapısal bileşen.

Bitkiler, hidroksil grupları, yani metoksi bağları üzerinde metilasyonlarla flavonoidler ve izoflavonlar üretirler . Bu 5-O-metilasyon flavonoidin suda çözünürlüğünü etkiler. Örnekler, azaleatin olarak da bilinen 5-0 -metilgenistein , 5-0 -metilmiretin veya 5-0 - metilkuersetindir.

Proteinler

Ubikuitin ve fosforilasyon ile birlikte metilasyon, protein fonksiyonunu değiştirmek için önemli bir biyokimyasal süreçtir. En yaygın protein metilasyonları, arginin ve lizinden spesifik histonlar üretir. Aksi takdirde histidin, glutamat, asparagin, sistein metilasyona duyarlıdır. Bu ürünlerin bazıları şunlardır S -methylcysteine , iki izomer , N -methylhistidine ve iki izomer , N -metilarginin.

metiyonin sentaz

Metiyonin sentaz tarafından katalize edilen metilasyon reaksiyonu .

Metionin sentaz , homosisteinden (Hcy) metionini (Met) yeniden üretir. Genel reaksiyon dönüşümü 5-metiltetrahidrofolat (N 5 içine -MeTHF) tetrahidrofolat homosistein bir metil grubunu transfer ederken (THF) Met oluşturulur. Metiyonin Sentazlar kobalamin bağımlı ve kobalamin bağımsız olabilir: Bitkiler her ikisine de sahiptir, hayvanlar metilkobalamin bağımlı forma bağlıdır.

Enzimin metilkobalamin bağımlı formlarında, reaksiyon bir pinpon reaksiyonunda iki basamakta ilerler. Enzim, başlangıçta, N bir metil grubu transferi ile reaktif bir duruma hazırlanmış olan 5 Co (I) 'e enzim bağlı' de -MeTHF kobalamin metil-kobalamin (Me-COB) şimdi içeren Me-Co oluşturan, (Cob) (III) ve enzimi aktive etmek. Daha sonra, reaktif bir tiolat oluşturmak için enzime bağlı çinkoya koordine olan bir Hcy , Me-Cob ile reaksiyona girer. Aktive edilmiş metil grubu, Me-Cob'dan Cob'da Co(I)'yi yeniden üreten Hcy tiolata aktarılır ve Met enzimden salınır.

Ağır metaller: arsenik, cıva, kadmiyum

Biyometilasyon, bazı ağır elementleri besin zincirine girebilecek daha hareketli veya daha öldürücü türevlere dönüştürmenin yoludur . Biyometillemeden ait arsenik bileşiklerin oluşumu ile başlar methanearsonates . Böylece, üç değerlikli inorganik arsenik bileşikleri metanarsonat verecek şekilde metillenir. S-adenosilmetiyonin , metil donörüdür. Metanarsonatlar, tekrar indirgeme döngüsü (metilarsonöz aside) ve ardından ikinci bir metilasyon ile dimetilarsonatların öncüleridir . İlgili yollar , metilciva biyosentezi için geçerlidir .

epigenetik metilasyon

DNA/RNA metilasyonu

Omurgalılarda DNA metilasyonu tipik olarak CpG bölgelerinde (sitozin-fosfat-guanin bölgeleri – yani DNA dizisinde bir sitozini doğrudan bir guanin tarafından takip edildiği ) meydana gelir. Bu metilasyon, sitozinin 5-metilsitosine dönüşümü ile sonuçlanır . Me-CpG'nin oluşumu, DNA metiltransferaz enzimi tarafından katalize edilir . Memelilerde, vücut hücrelerinde DNA metilasyonu yaygındır ve CpG bölgelerinin metilasyonu varsayılan olarak görünmektedir. İnsan DNA'sı, metillenmiş CpG bölgelerinin yaklaşık %80-90'ına sahiptir, ancak CpG adacıkları olarak bilinen ve CG açısından zengin (yüksek sitozin ve guanin içeriği, yaklaşık %65 CG kalıntısından oluşan ) bazı alanlar vardır , burada hiçbiri metillenmez . Bunlar, her yerde eksprese edilen genler dahil olmak üzere memeli genlerinin %56'sının promotörleri ile ilişkilidir . İnsan genomunun yüzde bir ila ikisi CpG kümeleridir ve CpG metilasyonu ile transkripsiyonel aktivite arasında ters bir ilişki vardır. Epigenetik mirasa katkıda bulunan metilasyon, DNA metilasyonu veya protein metilasyonu yoluyla gerçekleşebilir. İnsan genlerinin uygun olmayan metilasyonları, kanser de dahil olmak üzere hastalık gelişimine yol açabilir. Benzer şekilde, RNA metilasyonu, yani farklı RNA türlerinde meydana gelir. tRNA , rRNA , mRNA , tmRNA , snRNA , snoRNA , miRNA ve viral RNA. Çeşitli RNA-metiltransferazlar tarafından RNA metilasyonu için farklı katalitik stratejiler kullanılır. RNA metilasyonunun, dünya üzerinde evrimleşen erken yaşam formlarında DNA metilasyonundan önce var olduğu düşünülmektedir.

N6-metiladenosin (m6A) , ökaryotlarda bulunan RNA moleküllerinde (mRNA) en yaygın ve bol metilasyon modifikasyonudur. 5-metilsitozin (5-mC) ayrıca çeşitli RNA moleküllerinde yaygın olarak bulunur. Son veriler, m6A ve 5-mC RNA metilasyonunun, RNA stabilitesi ve mRNA translasyonu gibi çeşitli biyolojik süreçlerin düzenlenmesini etkilediğini ve anormal RNA metilasyonunun insan hastalıklarının etiyolojisine katkıda bulunduğunu kuvvetle önermektedir.

protein metilasyonu

Protein metilasyonu tipik olarak protein dizisindeki arginin veya lizin amino asit kalıntıları üzerinde gerçekleşir. Arginin, protein arginin metiltransferazlar (PRMT'ler) tarafından bir terminal nitrojende ( asimetrik dimetilarginin ) veya her iki nitrojende bir metil grubuyla (simetrik dimetilarginin) bir kez (monometillenmiş arginin) veya iki kez metillenebilir . Lizin, lizin metiltransferazlarla bir, iki veya üç kez metillenebilir . Protein metilasyonu en çok histonlarda incelenmiştir . Devri metil gruplarla S-adenosil metiyonin histon olarak bilinen enzimler tarafından katalize edilir histon metiltransferaz . Belirli kalıntılar üzerinde metillenen histonlar, gen ekspresyonunu baskılamak veya aktive etmek için epigenetik olarak hareket edebilir . Protein metilasyonu, bir tür post-translasyonel modifikasyondur .

Evrim

Metil metabolizması çok eskidir ve bakterilerden insanlara kadar dünyadaki tüm organizmalarda bulunabilir, bu da metil metabolizmasının fizyoloji için önemini gösterir. Gerçekten de, insan, fare, balık, sinek, yuvarlak solucan, bitki, alg ve siyanobakterilerden oluşan türlerde küresel metilasyonun farmakolojik inhibisyonu, biyolojik ritimleri üzerinde aynı etkilere neden olur ve evrim sırasında metilasyonun korunmuş fizyolojik rollerini gösterir.

Kimyada

Terimi metilasyon organik kimya belirtir alkilasyon CH teslim tanımlamak için kullanılan işlem 3 grup.

elektrofilik metilasyon

Metilasyonlar genellikle iyodometan , dimetil sülfat , dimetil karbonat veya tetrametilamonyum klorür gibi elektrofilik metil kaynakları kullanılarak gerçekleştirilir . Daha az yaygın ancak daha güçlü (ve daha tehlikeli) metilasyon reaktifleri arasında metil triflat , diazometan ve metil florosülfonat ( sihirli metil ) bulunur. Bu reaktifler, tüm S ile reaksiyona K 2 nükleofilik sübstitüsyonlar . Örneğin, bir karboksilat , bir metil ester verecek şekilde oksijen üzerinde metillenebilir ; bir alkoksit tuzu RO - Aynı şekilde, bir vermek üzere metile edilebilir eter , Roch 3 ; veya bir keton enolat , yeni bir keton üretmek için karbon üzerinde metillenebilir .

İyodometan kullanılarak bir karboksilik asit tuzu ve bir fenolün metilasyonu

Purdie metilasyon oksijeninde metilasyon için spesifik olan karbonhidrat kullanılarak iyodometan ve gümüş oksit .

saf metilasyon

Eschweiler-Clarke metilasyonu

Eschweiler-Clarke reaksiyonu metilasyonu için bir yöntemdir aminler . Bu yöntem, aminler metil halojenürler ile metillendiğinde meydana gelen kuaternizasyon riskini önler .

Eschweiler-Clarke reaksiyonu, aminleri metillemek için kullanılır.

Diazometan ve trimetilsilildiazometan

Diazometan ve daha güvenli analogu trimetilsilildiazometan metilat karboksilik asitler, fenoller ve hatta alkoller:

RCO 2 H + tmsCHN 2 = CH 3 OH → RCO 2 CH 3 = CH 3 OTMS + K 2

Yöntem, yan ürünlerin ürün karışımından kolayca çıkarılması avantajını sunar.

nükleofilik metilasyon

Metilasyon bazen nükleofilik metil reaktiflerinin kullanımını içerir . Kuvvetli nükleofilik metilasyon maddeleri arasında , metillityum (CH 3 Li) ya da Grignard tepkin maddeleri gibi metilmagnezyum bromür (CH 3 MgX). Örneğin CH 3 , Li metil grupları eklenir karbonil ( C = O ketonlar ve aldehit) .:

Metil lityum ile aseton metilasyonu

Daha hafif metilasyon maddeleri içerir tetrametiltin , dimetilçinko ve trimetilalüminyum .

Ayrıca bakınız

Biyoloji konuları

  • Bisülfit dizilimi – bir DNA dizisindeki metil gruplarının varlığını veya yokluğunu belirlemek için kullanılan biyokimyasal yöntem
  • MethDB DNA Metilasyon Veritabanı
  • Mikro ölçekli termoforez – DNA'nın metilizasyon durumunu belirlemek için biyofiziksel bir yöntem

Organik kimya konuları

Referanslar

Dış bağlantılar

  • deltaMasses Kütle Spektrometrisinden Sonra Metilasyonların Tespiti