메틸화

Methylation

화학에서 메틸화는 기질에 메틸기를 첨가하거나 메틸기에 의한 원자(또는 기)의 치환을 의미한다.메틸화는 수소 원자를 메틸기가 대체하는 알킬화의 한 형태이다.이 용어들은 화학, 생화학, 토양과학, 생물과학에서 흔히 사용된다.

생물학적 시스템에서, 메틸화는 효소에 의해 촉매된다; 그러한 메틸화는 중금속의 변형, 유전자 발현 조절, 단백질 기능의 조절, 그리고 RNA 처리에 포함될 수 있다.조직 샘플의 시험관내 메틸화 또한 특정 조직학적 염색 아티팩트를 감소시키는 한 가지 방법이다.메틸화의 대응물은 탈메틸화라고 불린다.

생물학에서

생물학적 시스템에서 메틸화는 효소에 의해 이루어진다.메틸화는 중금속을 수정하고 유전자 발현, RNA 처리 및 단백질 기능을 조절합니다.후생유전학의 기초가 되는 핵심 과정으로 인식되어 왔다.

메타노제네시스

CO로부터 메탄을2 생성하는 과정인 메타노제네이션은 일련의 메틸화 반응을 수반한다.이 반응들은 혐기성 [1]미생물이 품고 있는 일련의 효소에 의해 영향을 받는다.

메타노제네시스 사이클, 중간체 표시

역 메타노제네시스에서는 메탄은 메틸화제로 [citation needed]작용한다.

O-메틸전달효소

주요 기사 : O-메틸전달효소

다양한 페놀류를 O-메틸화 처리하여 아니솔 유도체를 얻는다.카페오일-CoA O-메틸전달효소와 같은 효소에 의해 촉매되는 이 과정은 식물의 주요 구조 성분인 리그닌에 대한 리그놀, 퍼커서의 생합성에서 중요한 반응이다.

식물은 수산화기(메톡시 결합)에서 메틸화를 통해 플라보노이드와 이소플라본을 생산한다.이 5-O-메틸화는 플라보노이드의 수용성에 영향을 미칩니다.예를 들어 5-O-메틸게니스틴, 5-O-메틸미리세틴 또는 5-O-메틸케르세틴, 진달래틴 등이 있습니다.

단백질

유비퀴틴 및 인산화와 함께 메틸화는 단백질 기능을 수정하는 주요 생화학적 과정이다.가장 일반적인 단백질 메틸화는 특정 히스톤의 아르기닌과 리신 잔기에 영향을 미친다.그렇지 않으면 히스티딘, 글루탐산염, 아스파라긴, 시스테인은 메틸화에 민감하다.S-메틸시스테인, N-메틸히스티딘 이성질체 2개, N-메틸아르긴 [2]이성질체 2개를 포함한다.

메티오닌합성효소

메티오닌 합성효소에 의해 촉매되는 메틸화 반응.

메티오닌 합성효소는 호모시스테인(Hcy)에서 메티오닌(Met)을 재생한다.전체 반응은 5-메틸테트라히드로폴산(N-MeTHF5)을 테트라히드로폴산(THF)으로 변환하고 메틸기를 Hcy로 전달하여 Met을 형성한다.메티오닌 합성효소는 코발라민 의존적이고 코발라민 의존적일 수 있습니다: 식물은 둘 다 가지고 있고, 동물은 메틸코발라민 의존 형태에 의존합니다.

메틸코발라민 의존형 효소에서 반응은 탁구 반응으로 두 단계씩 진행된다.효소는 효소 결합 코발라민(Cob)에서 메틸기가5 N-MeTHF에서 Co(I)로 전달되어 현재 Me-Co(II)를 포함하는 메틸-코발라민(Me-Cob)을 형성하고 효소를 활성화함으로써 초기에 반응 상태로 프라이밍된다.그런 다음 효소 결합 아연과 배위하여 반응성 티올을 형성한 Hcy가 Me-Cob과 반응한다.활성화된 메틸기는 Me-Cob에서 Hcy Thiolate로 전달되고, Hcy Thiolate는 Cob에서 Co(I)를 재생하며,[3] Met은 효소로부터 방출된다.

중금속: 비소, 수은, 카드뮴

바이오메틸화는 먹이사슬에 들어갈 수 있는 무거운 원소들을 이동성이 더 높거나 더 치명적인 유도체들로 바꾸는 경로이다.비소화합물의 생물메틸화는 메타네아소네이트의 형성과 함께 시작된다.따라서 3가의 무기비소화합물이 메틸화되어 메타네아소네이트가 된다.S-아데노실메티오닌은 메틸 공여체이다.메타네아소네이트는 디메틸알소네이트의 전구체이며, 다시 환원 주기(메틸알소네이트에 대한 환원 주기)에 따라 두 [4]번째 메틸화가 이루어진다.관련 경로는 메틸 수은의 생합성에도 적용된다.

후생메틸화

DNA/RNA메틸화

척추동물의 DNA 메틸화는 일반적으로 CpG 부위(시토신-인산-구아닌 부위)에서 일어난다. 즉, 시토신은 DNA 염기서열에서 구아닌에 직접 뒤따른다.이 메틸화는 시토신을 5-메틸시토신으로 변환시킨다.Me-CpG의 형성은 효소 DNA 메틸전달효소에 의해 촉매된다.포유류에서 DNA 메틸화는 체세포에서 [5]흔하며, CpG 부위의 메틸화가 [6][7]기본인 것으로 보인다.인간의 DNA는 약 80~90%의 CpG 부위가 메틸화되지만, CG가 풍부한(높은 시토신과 구아닌 함량, 약 65%의 CG 잔기로 구성됨) CpG 아일랜드로 알려진 특정 부위가 있으며, 메틸화되지 않는다.이것들은 어디에서나 발현되는 모든 유전자를 포함한 포유류 유전자의 56%의 촉진자와 관련되어 있다.인간 게놈의 1~2%는 CpG 클러스터이며, CpG 메틸화와 전사 활성 사이에는 역관계가 있다.후생유전유전에 기여하는 메틸화는 DNA메틸화 또는 단백질메틸화 중 하나를 통해 발생할 수 있다.인간 유전자의 부적절한 메틸화는 [10][11]암을 포함한 [8][9]질병으로 이어질 수 있다.마찬가지로 RNA 메틸화는 tRNA, rRNA, mRNA, tmRNA, snRNA, snRNA, miRNA, 바이러스 RNA 등 다양한 RNA-메틸전달효소에 의한 RNA 메틸화에 다른 촉매 전략이 사용된다.RNA 메틸화는 DNA 메틸화 이전에 [12]지구상에서 진화하는 생명체의 초기 형태로 존재했던 것으로 생각된다.

N6-메틸아데노신(m6A)은 진핵생물에서 존재하는 RNA 분자(mRNA)에서 가장 흔하고 풍부한 메틸화 변형이다.또한 5-메틸시토신(5-mC)은 다양한 RNA 분자에서 흔히 발생한다.최근의 데이터는 m6A와 5-mC RNA 메틸화가 RNA 안정성 및 mRNA [13]번역과 같은 다양한 생물학적 과정의 조절에 영향을 미치며, 비정상적인 RNA 메틸화가 인간 [14]질병의 병인에 기여함을 강하게 시사한다.

단백질 메틸화

단백질 메틸화는 일반적으로 단백질 [15]배열에서 아르기닌 또는 리신 아미노산 잔류물에서 일어난다.아르기닌은 단백질 아르기닌 메틸전달효소(PRMT)에 의해 한쪽 말단 질소(비대칭 디메틸라르기닌) 또는 양쪽 니트로겐(대칭 디메틸라르기닌) 중 하나로 1회 또는 2회 메틸화할 수 있다.리신은 리신메틸전달효소에 의해 1회, 2회 또는 3회 메틸화될 수 있다.단백질 메틸화는 히스톤에서 가장 많이 연구되었다.S-아데노실 메티오닌에서 히스톤으로의 메틸기 전달은 히스톤 메틸전달효소라고 알려진 효소에 의해 촉매된다.특정 잔류물에 메틸화된 히스톤은 유전자 발현을 억제하거나 활성화하기 위해 [16][17]후생적으로 작용할 수 있다.단백질 메틸화는 번역 후 변형의 한 종류이다.

진화

메틸 대사는 매우 오래되었고 박테리아에서 인간에 이르기까지 지구상의 모든 유기체에서 발견될 수 있으며,[18] 이는 생리학에 있어 메틸 대사의 중요성을 나타냅니다.사실, 인간, 마우스, 물고기, 파리, 둥근 벌레, 식물, 조류, 시아노박테리아 등 다양한 종에서 전지구적 메틸화의 약리학적 억제는 [19]진화 과정에서 메틸화의 보존된 생리학적 역할을 보여주며 생물학적 리듬에 동일한 영향을 끼친다.

화학과

유기화학에서 메틸화라는 용어는 CH기의3 [20]전달을 설명하는 데 사용되는 알킬화 과정을 말한다.

친전자 메틸화

메틸화는 일반적으로 요오드메탄,[21] [22][23]황산디메틸, [24]탄산디메틸 또는 [25]염화테트라메틸암모늄과 같은 친전자성 메틸원을 사용하여 이루어진다.덜 흔하지만 더 강력한(그리고 더 위험한) 메틸화 시약에는 메틸트리페이트,[26] 디아조메탄 [27]및 메틸플루오로술폰산메틸(매직메틸)이 있다.이러한 시약들은 모두 S2 구핵 치환을 통해N 반응한다.예를 들어 카르본산염은 산소에 메틸화해 메틸에스테르를 얻을 수 있고, 알콕시드염− RO도 마찬가지로 메틸화해 에테르, ROCH를3 얻을 수 있으며, 케톤에놀라트를 탄소에 메틸화해 새로운 케톤을 생성할 수 있다.

Methylation of a carboxylic acid salt and a phenol using iodomethane

푸르디 메틸화는 요오드메탄과 [28]산화은을 사용한 탄수화물의 산소에서의 메틸화에 특유하다.

Purdie methylation

에슈바일러-클라크메틸화

Eschweiler-Clarke 반응은 아민의 [29]메틸화를 위한 방법이다.이 방법은 아민이 할로겐화메틸에 의해 메틸화 될 때 발생하는 사분화 위험을 회피한다.

The Eschweiler–Clarke reaction is used to methylate amines.

디아조메탄 및 트리메틸실릴디아조메탄

디아조메탄과 더 안전한 아날로그 트리메틸실릴디아조메탄 카르본산, 페놀, 심지어 알코올:

RCOH2 + tmsCHN2 + CHOH3 → RCOCH23 + CHOtms3 + N2

이 방법은 제품 [30]혼합물에서 사이드 제품을 쉽게 제거할 수 있는 장점을 제공합니다.

친핵성 메틸화

메틸화는 때때로 친핵성 메틸 시약의 사용을 수반한다.강구핵성 메틸화제는 메틸리튬(CHLi3)[31] 또는 브롬화메틸마그네슘(CHMgX3)[32] 등의 그리냐드 시약을 포함한다.예를 들어 CHLi는3 케톤과 알데히드의 카르보닐(C=O)에 메틸기를 첨가한다.

Methylation of acetone by methyl lithium

보다 순한 메틸화제는 테트라메틸틴, 디메틸아진크 및 트리메틸알루미늄을 [33]포함한다.

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생물학 토픽

유기화학 토픽

레퍼런스

  1. ^ 타우어, R. K., "변성 생물화학: 마조리 스티븐슨에 대한 헌사", 미생물학, 1998, 제144권, 2377-2406페이지.
  2. ^ Clarke, Steven G. (2018). "The ribosome: A hot spot for the identification of new types of protein methyltransferases". Journal of Biological Chemistry. 293 (27): 10438–10446. doi:10.1074/jbc.AW118.003235. PMC 6036201. PMID 29743234.
  3. ^ 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.
  4. ^ Styblo, M.; Del Razo, L. M.; Vega, L.; Germolec, D. R.; LeCluyse, E. L.; Hamilton, G. A.; Reed, W.; Wang, C.; Cullen, W. R.; Thomas, D. J. (2000). "Comparative toxicity of trivalent and pentavalent inorganic and methylated arsenicals in rat and human cells". Archives of Toxicology. 74 (6): 289–299. doi:10.1007/s002040000134. PMID 11005674. S2CID 1025140.{{cite journal}}: CS1 maint: 작성자 파라미터 사용(링크)
  5. ^ Tost J (2010). "DNA methylation: an introduction to the biology and the disease-associated changes of a promising biomarker". Mol Biotechnol. 44 (1): 71–81. doi:10.1007/s12033-009-9216-2. PMID 19842073. S2CID 20307488.
  6. ^ Lister R, Pelizzola M, Dowen RH, Hawkins RD, Hon G, Tonti-Filippini J, Nery JR, Lee L, Ye Z, Ngo QM, Edsall L, Antosiewicz-Bourget J, Stewart R, Ruotti V, Millar AH, Thomson JA, Ren B, Ecker JR (November 2009). "Human DNA methylomes at base resolution show widespread epigenomic differences". Nature. 462 (7271): 315–22. Bibcode:2009Natur.462..315L. doi:10.1038/nature08514. PMC 2857523. PMID 19829295.
  7. ^ Stadler MB, Murr R, Burger L, Ivanek R, Lienert F, Schöler A, van Nimwegen E, Wirbelauer C, Oakeley EJ, Gaidatzis D, Tiwari VK, Schübeler D (December 2011). "DNA-binding factors shape the mouse methylome at distal regulatory regions". Nature. 480 (7378): 490–5. doi:10.1038/nature11086. PMID 22170606.
  8. ^ Rotondo JC, Selvatici R, Di Domenico M, Marci R, Vesce F, Tognon M, Martini F (September 2013). "Methylation loss at H19 imprinted gene correlates with methylenetetrahydrofolate reductase gene promoter hypermethylation in semen samples from infertile males". Epigenetics. 8 (9): 990–7. doi:10.4161/epi.25798. PMC 3883776. PMID 23975186.
  9. ^ Rotondo JC, Bosi S, Bazzan E, Di Domenico M, De Mattei M, Selvatici R, Patella A, Marci R, Tognon M, Martini F (December 2012). "Methylenetetrahydrofolate reductase gene promoter hypermethylation in semen samples of infertile couples correlates with recurrent spontaneous abortion". Human Reproduction. 27 (12): 3632–8. doi:10.1093/humrep/des319. PMID 23010533.
  10. ^ Rotondo JC, Borghi A, Selvatici R, Magri E, Bianchini E, Montinari E, Corazza M, Virgili A, Tognon M, Martini F (2016). "Hypermethylation-Induced Inactivation of the IRF6 Gene as a Possible Early Event in Progression of Vulvar Squamous Cell Carcinoma Associated With Lichen Sclerosus". JAMA Dermatology. 152 (8): 928–33. doi:10.1001/jamadermatol.2016.1336. PMID 27223861.
  11. ^ Rotondo JC, Borghi A, Selvatici R, Mazzoni E, Bononi I, Corazza M, Kussini J, Montinari E, Gafà R, Tognon M, Martini F (2018). "Association of Retinoic Acid Receptor β Gene With Onset and Progression of Lichen Sclerosus-Associated Vulvar Squamous Cell Carcinoma". JAMA Dermatology. 154 (7): 819–823. doi:10.1001/jamadermatol.2018.1373. PMC 6128494. PMID 29898214.
  12. ^ Rana, Ajay K.; Ankri, Serge (1 January 2016). "Reviving the RNA World: An Insight into the Appearance of RNA Methyltransferases". Front Genet. 7: 99. doi:10.3389/fgene.2016.00099. PMC 4893491. PMID 27375676.
  13. ^ Choi, Junhong; Ieong, Ka-Weng; Demirci, Hasan; Chen, Jin; Petrov, Alexey; Prabhakar, Arjun; O'Leary, Seán E.; Dominissini, Dan; Rechavi, Gideon (February 2016). "N6-methyladenosine in mRNA disrupts tRNA selection and translation-elongation dynamics". Nature Structural & Molecular Biology. 23 (2): 110–115. doi:10.1038/nsmb.3148. ISSN 1545-9993. PMC 4826618. PMID 26751643.
  14. ^ Stewart, Kendal (15 September 2017). "Methylation (MTHFR) Testing & Folate Deficiency". Archived from the original on 12 October 2017. Retrieved 11 October 2017.
  15. ^ Walsh, Christopher (2006). "Chapter 5 – Protein Methylation" (PDF). Posttranslational modification of proteins: expanding nature's inventory. Roberts and Co. Publishers. ISBN 978-0-9747077-3-0.[영구 데드링크]
  16. ^ 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.
  17. ^ 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. Bibcode:2001Sci...292..110N. doi:10.1126/science.1060118. PMID 11283354. S2CID 16975534.
  18. ^ Kozbial, P.Z.; Mushegian, A.R. (2005). "Natural history of S-adenosylmethionine-binding proteins". BMC Struct Biol. 5 (19): 19. doi:10.1186/1472-6807-5-19. PMC 1282579. PMID 16225687.{{cite journal}}: CS1 maint: 작성자 파라미터 사용(링크)
  19. ^ Fustin, J.M.; Ye, S., Rakers, C.; Kaneko, K.; Fukumoto, K.; Yamano, M.; Versteven, M.; Grünewald, E.; Cargill, S.J.; Tamai, T.K.; Xu, Y.; Jabbur, M.L.; Kojima, R.; Lamberti, M.L.; Yoshioka-Kobayashi, K.; Whitmore, D.; Tammam, S.; Howell, P.L.; Kageyama, R.; Matsuo, T.; Stanewsky, R.; Golombek, D.A.; Johnson, C.H.; Kakeya, H.; van Ooijen, G.; Okamura, H. (2020). "Methylation deficiency disrupts biological rhythms from bacteria to humans". Communications Biology. 3 (211): 211. doi:10.1038/s42003-020-0942-0. PMC 7203018. PMID 32376902.{{cite journal}}: CS1 maint: 작성자 파라미터 사용(링크)
  20. ^ March, Jerry; Smith, Michael W (2001). March's advanced organic chemistry: reactions, mechanisms, and structure. New York: Wiley. ISBN 978-0-471-58589-3.
  21. ^ Vyas, G. N.; Shah, N. M. (1951). "Quninacetophenone monomethyl ether". Organic Syntheses. 31: 90. doi:10.15227/orgsyn.031.0090.
  22. ^ Hiers, G. S. (1929). "Anisole". Organic Syntheses. 9: 12. doi:10.15227/orgsyn.009.0012.
  23. ^ Icke, Roland N.; Redemann, Ernst; Wisegarver, Burnett B.; Alles, Gordon A. (1949). "m-Methoxybenzaldehyde". Organic Syntheses. 29: 63. doi:10.15227/orgsyn.029.0063.
  24. ^ 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.
  25. ^ 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.
  26. ^ 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.
  27. ^ Neeman, M.; Johnson, William S. (1961). "Cholestanyl methyl ether". Organic Syntheses. 41: 9. doi:10.15227/orgsyn.041.0009.
  28. ^ Purdie, T.; Irvine, J. C. (1903). "C.?The alkylation of sugars". Journal of the Chemical Society, Transactions. 83: 1021–1037. doi:10.1039/CT9038301021.
  29. ^ Icke, Roland N.; Wisegarver, Burnett B.; Alles, Gordon A. (1945). "β-Phenylethyldimethylamine". Organic Syntheses. 25: 89. doi:10.15227/orgsyn.025.0089.
  30. ^ Shioiri, Takayuki; Aoyama, Toyohiko; Snowden, Timothy (2001). "Trimethylsilyldiazomethane". Encyclopedia of Reagents for Organic Synthesis. e-EROS Encyclopedia of Reagents for Organic Synthesis. doi:10.1002/047084289X.rt298.pub2. ISBN 978-0471936237.{{cite encyclopedia}}: CS1 maint: 작성자 파라미터 사용(링크)
  31. ^ 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.
  32. ^ Grummitt, Oliver; Becker, Ernest I. (1950). "trans-1-Phenyl-1,3-butadiene". Organic Syntheses. 30: 75. doi:10.15227/orgsyn.030.0075.
  33. ^ 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.
  34. ^ Wienken CJ, Baaske P, Duhr S, Braun D (2011). "Thermophoretic melting curves quantify the conformation and stability of RNA and DNA". Nucleic Acids Research. 39 (8): e52. doi:10.1093/nar/gkr035. PMC 3082908. PMID 21297115.

외부 링크

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