Metilacija

Pojam Metilacija označava dodavanje metil grupe na supstrat ili zamjenu nekog atoma ili neke grupe metil grupom. Ova hemijska reakcija je alkilacija metil grupom, umjesto dužeg ugljikovodikovog lanca, kada se zamjenjuje atom vodika. Ovaj termin se ćesto koristi u hemiji, biohemiji i biološkim naukama.^[1]

U biološkim sistemima, metilacija je reakcija koja se katalizira enzimima. Takva metilacija može biti uključena u modifikacije teških metala, regulaciju ekspresije gena, regulaciju proteinskih funkcija i metabolizma RNK. Metilacija teških metala se također javlja i izvan bioloških sistema. Hemijska metilacija uzoraka tkiva je jedan od puteva umanjenja određenih posljedica histološkog bojenja.

Metilacija u biološkim sistemima

O-Metiltransferaze

Kroz O-metilaciju prolazi širok izbor fenola, dajući anizolske derivate. Ovaj proces, kataliziraju enzimi kao što su kafeoil-CoA O-metiltransferaze, što je ključna reakcija u biosintez lignola, prekursora lignina, glavne strukturne komponente biljaka.

Metilkobalamin

Metionin sintaza katalizira završni korak u regeneraciji metionina (Met) iz homocisteina (Hcy). Ukupna reakcija transformacije 5-metiltetrahidrofolata (N⁵-MeTHF) u tetrahidrofolat (THF), prijenosom metil grupe Hcy za formiranje metionina. U metilkobalamin zavisnom obliku enzima, reakcija se nastavlja po dva koraka u ping-pong ritmu. Enzim se inicijalno preobražava u reaktivno stanje, prijenosom metil grupe od N⁵-MeTHF u Co (I) u enzimu vezanog kobalamina (Cob), formirajući metil-kobalamin (me-Cob) – koji sada sadrži me-Co (III) i aktivirani enzim. Zatim, Hcy, koji je koordinirao da vezu enzim – cink formirajući reaktivne tiolate, reagira s Me-Cob. Aktivirana metil grupa prelazi iz Me-Cob na Hcy tiolat, koji regenerira sa Co (I) u kobalaminu, a metionin se otpušta iz enzima.^[2]

Metilacija DNK

Metilacija DNK u kičmenjaka obično se javlja u CpG mjestima (mjestima citozin-fosfat-guanin, to jest, u kojima citozin direktno slijedi guanin, u sekvenci DNK). Ova metilacija rezultira u konverziju citozina u 5-metilcitozin. Formiranje Me-CpG j[kataliza | katalizira]] enzim DNK metiltransferaza. Ljudska DNK ima oko 80-90% CpG metil lokacija, ali postoje određena područja, poznata kao CpG, koja su bogati G-C parom baza i (visok sadržaj guanina i citozina, od oko 65% CG ostataka), pri čemu ni jedna nije metil. Oni su povezani sa promotorima od 56% sisarskih gena, uključujući sve stalnoprisutne ispoljavajuće gene. Jedan do dva posto ljudskog genoma su CpG klasteri i tu je obrnut odnos između CpG metilacije i transkripcijske aktivnosti.

Metilacije doprinose epigenetičkom nasljeđivanju, koje može doći bilo preko metilacije DNK ili metilacije proteina.

Metilacija proteina

U metilaciji proteina tipski su presdstavljeni ostaci argininske ili lizinske aminokiseline.^[3]

Arginin se može metilirati jednom (monometilirani arginin) ili dvaput, sa obje metil grupe na terminalnom dušiku (asimetrijski dimetilarginin) ili po jedan na oba dušikas (smmetrijski dimetilarginin) pomoću protein arginin metiltransferaza (PRMT). Lizin se može metilizirati jednom, dva puta ili tri puta putem lizin metiltransferaza. Proteinska metilacija je bila najviše proučavana kod histona. Transfer metil grupa sa S-adenozil metionina na histone se katalizirsa enzimom koji je poznat kao is histonska metiltransferaza. Histoni koji su metilizirani na određenim ostacima mogu djrlovati epigenetički na represiju ekspresije gena.^[4]^[5] Protein methylation is one type of post-translational modification.

Hemija

Termin metilacija u organskoj hemiji se odnosi na proces alkilacije za opis otpuštanja CH₃ grupe.^[6]

Elektrofilna metilacija

Metilacija se uobičajeno izvodi upotrebom elektrofilnih izvora metil grupe, kao što su jodometan,^[7] dimetil sulfat,^[8]^[9] dimetil karbonat,^[10] ili tetrametilamonij hlorid.^[11] Manje opći ali mnogo snažniji (i opasniji) metilacijski reagensi uključuju metil triflat,^[12] diazometan,^[13] i metil fluorosulfonat (magični metil). Svi ovi spojevi reagiraju putem S_N2 nukleofilnih supstitucija. Naprimjer, karboksilat može biti metiliziran na kisiku, kada nastaje metil ester, na alkolsidnoj soli, a RO^Na može imati metil grupu na ugljiku novog ketona.

Specializirani protokoli metilacije

Metod metilacije amina jew Eschweiler-Clarkeova reakcija.^[14] Ova reakcija izbjegava rizik od kvaternizacije, koja se javlja kada se amin metiliziraju metil halogenidima.

Purdijeva metilacija je specifična za metilacoju na kisiku ugljikohidrata primjenom jodometana i srebrenog oksida.^[15]

Nukleofilna metiacija

Metilacija ponekad uključuje nunukleofilne metil reagense. Snažni nuleofilni metilacijski agensi uključuju metil-litiij (CH₃Li)^[16] ili Grignardovi reagensi poput metilmagnezij-bromida (CH₃MgX).^[17] Naprimjer, CH₃Li može dodati metil grupe na karbonil (C=O) ketona i aldehida:

Blaži metilirajući agensi su tetrametiltin, dimetilcink i trimetilaluminij.^[18]

Također pogledajte

Reference

^ Voet D., Voet J. G. Biochemistry, 3rd Ed.[publisher= Wiley. ISBN 978-0-471-19350-0.
^ Matthews, R. G.; Smith, A. E.; Zhou, Z. S.; Taurog, R. E.; Bandarian, V.; Evans, J. C.; Ludwig, M. (2003). "Cobalamin-Dependent and Cobalamin-Independent Methionine Synthases: Are There Two Solutions to the Same Chemical Problem?". Helvetica Chimica Acta. 86 (12): 3939–3954. doi:10.1002/hlca.200390329.
^ Walsh, Christopher (2006). "Chapter 5 – Protein Methylation" (PDF). Posttranslational modification of proteins: expanding nature's inventory. Roberts and Co. Publishers. ISBN 0-9747077-3-2. Arhivirano s originala (PDF), 28. 9. 2007. Pristupljeno 30. 4. 2016. Upotreblja se zastarjeli parametar |chapterurl= (pomoć)
^ Grewal, S. I.; Rice, J. C. (2004). "Regulation of heterochromatin by histone methylation and small RNAs". Current Opinion in Cell Biology. 16 (3): 230–238. doi:10.1016/j.ceb.2004.04.002. PMID 15145346.
^ Nakayama, J. -I.; Rice, J. C.; Strahl, B. D.; Allis, C. D.; Grewal, S. I. (2001). "Role of Histone H3 Lysine 9 Methylation in Epigenetic Control of Heterochromatin Assembly". Science. 292 (5514): 110–113. doi:10.1126/science.1060118. PMID 11283354.
^ March, Jerry; Smith, Michael W (2001). March's advanced organic chemistry: reactions, mechanisms, and structure. New York: Wiley. ISBN 0-471-58589-0.
^ Vyas, G. N.; Shah, N. M. (1951). "Quninacetophenone monomethyl ether". Organic Syntheses. 31: 90. doi:10.15227/orgsyn.031.0090.
^ Hiers, G. S. (1929). "Anisole". Organic Syntheses. 9: 12. doi:10.15227/orgsyn.009.0012.
^ Icke, Roland N.; Redemann, Ernst; Wisegarver, Burnett B.; Alles, Gordon A. (1949). "m-Methoxybenzaldehyde". Organic Syntheses. 29: 63. doi:10.15227/orgsyn.029.0063.
^ Tundo, Pietro; Selva, Maurizio; Bomben, Andrea (1999). "Mono-C-methylathion of arylacetonitriles and methyl arylacetates by dimethyl carbonate: a general method for the synthesis of pure 2-arylpropionic acids. 2-Phenylpropionic acid". Organic Syntheses. 76: 169. doi:10.15227/orgsyn.076.0169.
^ Nenad, Maraš; Polanc, Slovenko; Kočevar, Marijan (2008). "Microwave-assisted methylation of phenols with tetramethylammonium chloride in the presence of K₂CO₃ or Cs₂CO₃". Tetrahedron. 64 (51): 11618–11624. doi:10.1016/j.tet.2008.10.024.
^ Poon, Kevin W. C.; Albiniak, Philip A.; Dudley, Gregory B. (2007). "Protection of alcohols using 2-benzyloxy-1-methylpyridinium trifluoromethanesulfanonate: Methyl (R)-(-)-3-benzyloxy-2-methyl propanoate". Organic Syntheses. 84: 295. doi:10.15227/orgsyn.084.0295.
^ Neeman, M.; Johnson, William S. (1961). "Cholestanyl methyl ether". Organic Syntheses. 41: 9. doi:10.15227/orgsyn.041.0009.
^ Icke, Roland N.; Wisegarver, Burnett B.; Alles, Gordon A. (1945). "β-Phenylethyldimethylamine". Organic Syntheses. 25: 89. doi:10.15227/orgsyn.025.0089.
^ Purdie, T.; Irvine, J. C. (1903). "C.?The alkylation of sugars". Journal of the Chemical Society, Transactions. 83: 1021. doi:10.1039/CT9038301021.
^ Lipsky, Sharon D.; Hall, Stan S. (1976). "Aromatic Hydrocarbons from aromatic ketones and aldehydes: 1,1-Diphenylethane". Organic Syntheses. 55: 7. doi:10.15227/orgsyn.055.0007.
^ Grummitt, Oliver; Becker, Ernest I. (1950). "trans-1-Phenyl-1,3-butadiene". Organic Syntheses. 30: 75. doi:10.15227/orgsyn.030.0075.
^ Negishi, Ei-ichi; Matsushita, Hajime (1984). ""Palladium-Catalyzed Synthesis of 1,4-Dienes by Allylation of Alkenyalane: α-Farnesene". Organic Syntheses. 62: 31. doi:10.15227/orgsyn.062.0031.

Vanjski linkovi

Određivanje metilacije nakon masene spektrometrije

Logo Commonsa

Methylation na Wikimedia Commonsu.

[Volet-Volet-1] Voet D., Voet J. G. Biochemistry, 3rd Ed.[publisher= Wiley. ISBN 978-0-471-19350-0.

[Zinc-2] Matthews, R. G.; Smith, A. E.; Zhou, Z. S.; Taurog, R. E.; Bandarian, V.; Evans, J. C.; Ludwig, M. (2003). "Cobalamin-Dependent and Cobalamin-Independent Methionine Synthases: Are There Two Solutions to the Same Chemical Problem?". Helvetica Chimica Acta. 86 (12): 3939–3954. doi:10.1002/hlca.200390329.

[isbn0-9747077-3-2.-3] Walsh, Christopher (2006). "Chapter 5 – Protein Methylation" (PDF). Posttranslational modification of proteins: expanding nature's inventory. Roberts and Co. Publishers. ISBN 0-9747077-3-2. Arhivirano s originala (PDF), 28. 9. 2007. Pristupljeno 30. 4. 2016. Upotreblja se zastarjeli parametar |chapterurl= (pomoć)

[Grewal2004-4] Grewal, S. I.; Rice, J. C. (2004). "Regulation of heterochromatin by histone methylation and small RNAs". Current Opinion in Cell Biology. 16 (3): 230–238. doi:10.1016/j.ceb.2004.04.002. PMID 15145346.

[Nakayama2001-5] Nakayama, J. -I.; Rice, J. C.; Strahl, B. D.; Allis, C. D.; Grewal, S. I. (2001). "Role of Histone H3 Lysine 9 Methylation in Epigenetic Control of Heterochromatin Assembly". Science. 292 (5514): 110–113. doi:10.1126/science.1060118. PMID 11283354.

[isbn0-471-58589-0-6] March, Jerry; Smith, Michael W (2001). March's advanced organic chemistry: reactions, mechanisms, and structure. New York: Wiley. ISBN 0-471-58589-0.

[7] Vyas, G. N.; Shah, N. M. (1951). "Quninacetophenone monomethyl ether". Organic Syntheses. 31: 90. doi:10.15227/orgsyn.031.0090.

[8] Hiers, G. S. (1929). "Anisole". Organic Syntheses. 9: 12. doi:10.15227/orgsyn.009.0012.

[9] Icke, Roland N.; Redemann, Ernst; Wisegarver, Burnett B.; Alles, Gordon A. (1949). "m-Methoxybenzaldehyde". Organic Syntheses. 29: 63. doi:10.15227/orgsyn.029.0063.

[10] Tundo, Pietro; Selva, Maurizio; Bomben, Andrea (1999). "Mono-C-methylathion of arylacetonitriles and methyl arylacetates by dimethyl carbonate: a general method for the synthesis of pure 2-arylpropionic acids. 2-Phenylpropionic acid". Organic Syntheses. 76: 169. doi:10.15227/orgsyn.076.0169.

[11] Nenad, Maraš; Polanc, Slovenko; Kočevar, Marijan (2008). "Microwave-assisted methylation of phenols with tetramethylammonium chloride in the presence of K₂CO₃ or Cs₂CO₃". Tetrahedron. 64 (51): 11618–11624. doi:10.1016/j.tet.2008.10.024.

[12] Poon, Kevin W. C.; Albiniak, Philip A.; Dudley, Gregory B. (2007). "Protection of alcohols using 2-benzyloxy-1-methylpyridinium trifluoromethanesulfanonate: Methyl (R)-(-)-3-benzyloxy-2-methyl propanoate". Organic Syntheses. 84: 295. doi:10.15227/orgsyn.084.0295.

[13] Neeman, M.; Johnson, William S. (1961). "Cholestanyl methyl ether". Organic Syntheses. 41: 9. doi:10.15227/orgsyn.041.0009.

[14] Icke, Roland N.; Wisegarver, Burnett B.; Alles, Gordon A. (1945). "β-Phenylethyldimethylamine". Organic Syntheses. 25: 89. doi:10.15227/orgsyn.025.0089.

[Purdie1903-15] Purdie, T.; Irvine, J. C. (1903). "C.?The alkylation of sugars". Journal of the Chemical Society, Transactions. 83: 1021. doi:10.1039/CT9038301021.

[16] Lipsky, Sharon D.; Hall, Stan S. (1976). "Aromatic Hydrocarbons from aromatic ketones and aldehydes: 1,1-Diphenylethane". Organic Syntheses. 55: 7. doi:10.15227/orgsyn.055.0007.

[17] Grummitt, Oliver; Becker, Ernest I. (1950). "trans-1-Phenyl-1,3-butadiene". Organic Syntheses. 30: 75. doi:10.15227/orgsyn.030.0075.

[18] Negishi, Ei-ichi; Matsushita, Hajime (1984). ""Palladium-Catalyzed Synthesis of 1,4-Dienes by Allylation of Alkenyalane: α-Farnesene". Organic Syntheses. 62: 31. doi:10.15227/orgsyn.062.0031.

[1]