Кіріспе
Метил (CH3) тобы молекулаға ковалентті байланыс арқылы қосылатын химиялық процесс. Метилдеу – химия ғылымдарында субстратқа метил тобын қосу немесе метил тобымен атомның (немесе топтың) алмастырылуы. Метилдеу – сутек атомын метил тобымен алмастыратын алкилдеудің бір түрі. Бұл терминдер химия, биохимия, топырақ ғылымы және биология салаларында кеңінен қолданылады. Биологиялық жүйелерде метилдеу ферменттердің қатысуымен катализделеді; мұндай метилдеу ауыр металдардың өзгеруіне, гендік экспрессияны реттеуге, белок функцияларын реттеуге және РНК өңдеуге қатысуы мүмкін. Тіндік үлгілерді in vitro метилдеу – кейбір гистологиялық бояу артефакттарын азайтудың бір жолы. Метилдеудің кері процесі – деметилдеу.
Methylation, in the chemical sciences, is the addition of a methyl group on a substrate, or the substitution of an atom (or group) by a methyl group. Methylation is a form of alkylation, with a methyl group replacing a hydrogen atom. These terms are commonly used in chemistry, biochemistry, soil science, and biology. In biological systems, methylation is catalyzed by enzymes; such methylation can be involved in modification of heavy metals, regulation of gene expression, regulation of protein function, and RNA processing. In vitro methylation of tissue samples is also a way to reduce some histological staining artifacts. The reverse of methylation is demethylation.
Биологияда
Биологиялық жүйелерде метилирлеу ферменттер арқылы іске асырылады. Метилирлеу ауыр металдарды өзгертеді және гендік экспрессияны, РНҚ өңдеуді және белоктардың жұмысын реттеуге қабілетті. Бұл эпигенетиканың маңызды процесі. Метил топтарының көздері – S-метилметионин, метилфолат, метил B12.
Метаногенез
Метаногенез – көмірқышқыл газынан метанды құратын процесс, ол метилирлеу реакцияларының тізбегін қамтиды. Бұл реакциялар анаэробты микроорганизмдер отбасының ферменттері арқылы жүзеге асырылады. Кері метаногенезде метан метилирлеуші зат ретінде қолданылады.
О-метилтрансферазалар
Фенолдардың көптеген түрлері O-метилдеуге түсіп, анизоль туындыларын береді. Кафеойл CoA O-метилтрансфераза сияқты ферменттер катализдейтін бұл процесс, лигнинге прекурсорлар болатын лигнолдардың биосинтезіндегі маңызды реакция болып табылады, ал лигнин – өсімдіктердің негізгі құрылымдық компоненті. Өсімдіктер гидроксил тобындағы метилдеу арқылы флавоноидтар мен изофлавондарды, яғни метокси байланыстарын жасайды. Бұл 5-O метилдеу флавоноидтың суда еритін қасиетіне әсер етеді. Мысалдар: 5-O метилгенстеин, 5-O метилмирицетин және 5-O метилкверцетин (азалеатин).
Белсенділер
Убиквитинация және фосфорилирлеумен қатар, метилирлеу – ақуыз функциясын өзгертудің маңызды биохимиялық процесі болып табылады. Көп тараған ақуыз метилирлеуінің көп бөлігі аргинин және лизиннің белгілі бір гистондардағы қалдықтарына әсер етеді. Басқа жағдайда гистидин, глутамат, аспарагин, цистеин метилирлеуге ұшырауы мүмкін. Осы процестің нәтижесінде S-метилцистеин, N-метилгистидиннің екі изомері және N-метиларгининнің екі изомері түзіледі.
Метионин синтезасы
Метхионин синтетазасы гомоцистеиннен (Hcy) метионинді (Met) қайта жасайды. Жалпы реакция 5-метилтетрагидрофолатты (N5 MeTHF) тетрагидрофолатқа (THF) айналдырады, сонымен бірге метил тобын Hcy-ге беріп, Met түзеді. Метхионин синтетазасы кобаламинге тәуелді және кобаламинге тәуелсіз болып бөлінеді: өсімдіктерде екеуі де кездеседі, ал жануарлар метилкобаламинге тәуелді түріне тәуелді. Энзимнің метилкобаламинге тәуелді түрлерінде реакция пинг-понг механизмі бойынша екі қадамда өтеді. Фермент бастапқыда N5 MeTHF-тен Co(I) ферментке байланысқан кобаламинге ((Cob), сондай-ақ B12 витамині деп те аталады) метил тобын беру арқылы реакцияға дайын күйге келеді, нәтижесінде метил кобаламин (Me Cob) пайда болады, онда Me Co(III) болады және фермент белсендіріледі. Содан кейін, ферментке байланысқан мырышпен координацияланған Hcy, реакциялық тиолатты құру үшін Me Cob-пен әрекеттеседі. Белсенді метил тобы Me Cob-тан Hcy тиолатына беріледі, бұл Cob-тағы Co(I) қайта жаңартады және Met ферменттен босатылады.
, forming methyl cobalamin(Me Cob) that now contains Me Co(III) and activating the enzyme. Then, a Hcy that has coordinated to an enzyme bound zinc to form a reactive thiolate reacts with the Me Cob. The activated methyl group is transferred from Me Cob to the Hcy thiolate, which regenerates Co(I) in Cob, and Met is released from the enzyme.
Ауыр металдар: мырыш, сынап, кадмий
Биометилдену – кейбір ауыр элементтерді азық тізбегіне өте оңай өтетін немесе одан да қауіпті туындыларға айналдыратын жол. Арсен қосылыстарының биометилденуі метанарсонаттардың түзілуімен басталады. Сөйтіп, үш валентті органикалық емес арсен қосылыстары метанарсонат алу үшін метилденеді. S-аденозилметионин – метил беруші. Метанарсонаттар диметилрсонаттардың алдындағы заттары болып табылады, олар тағы да тотығу-тотықсыздану циклы (метилрсоноз қышқылына дейін) және екінші метилдену арқылы түзіледі. Ұқсас жолдар сынаптың метилмеркурийге микробиологиялық метилденуінде де кездеседі.
ДНҚ/РНК метилирлеу
ДНК метилирлеу – цитозиннің 5-метилцитозинге айналуы. Me CpG-нің түзілуін ДНК метилтрансфераза ферменті катализдейді. Омыртқалы жануарларда ДНК метилирлеу әдетте CpG сайттарында (цитозин-фосфат-гуанин сайттары, яғни ДНК тізбегінде цитозинге тікелей гуанин жалғасқан жерлер) жүреді. Сүтқоректілерде ДНК метилирлеу дене жасушаларында кең таралған, ал CpG сайттарының метилирленуі қалыпты жағдай болып есептеледі. Адам ДНК-сының 80–90% CpG сайттары метилирленген, бірақ CG-ға бай (цитозин мен гуаниннің жоғары құрамы, CG қалдықтарының шамамен 65% құрайды) және метилирленбеген белгілі бір аймақтары бар, олар CpG аралдары деп аталады. Бұл аймақтар сүтқоректілердің гендерінің 56% промоторларымен байланысты, соның ішінде барлық тікелей экспрессияланатын гендермен де байланысты. Адам геномының 1-2% CpG кластерлерін құрайды, ал CpG метилирлеу мен транскрипциялық белсенділік арасында кері байланыс бар. Эпигенетикалық мұрагерлікке әсер ететін метилирлеу ДНК метилирлеу немесе белок метилирлеу арқылы жүзеге асуы мүмкін. Адам гендерінің бұрыс метилирленуі аурулардың, оның ішінде қатерлі ісіктердің дамуына әкелуі мүмкін. Бал араларында ДНК метилирлеу 2013 жылы жарияланған функционалдық геномдық зерттеулерге сүйенген баламалы тізбектелу және гендік реттеумен байланысты. Сонымен қатар, ДНК метилирлеу бал араларының өлімге әкелетін вирустық инфекцияға шалдыққан кезде иммундық гендердің экспрессиясындағы өзгерістермен де байланысты. Әлеуметтік жәндіктердегі ДНК метилирлеу тақырыбына қатысты бірнеше шолу мақалалары жарияланды. РНК метилирлеу әртүрлі РНК түрлерінде, атап айтқанда, tРНК, rРНК, mРНК, tmРНК, snРНК, snoРНК, miРНК және вирустық РНК-да кездеседі. РНК метилтрансферазалардың әртүрлілігі РНК метилирлеу үшін әртүрлі каталитикалық стратегияларды қолданады. РНК метилирлеу Жердегі алғашқы тіршілік формаларында ДНК метилирлеуден бұрын пайда болған деп саналады. N6-метиладенозин (m6A) – эукариоттардағы РНК молекулаларында (мРНК) ең көп таралған және кең таралған метилирлеу модификациясы. 5-метилцитозин (5 mC) де әртүрлі РНК молекулаларында жиі кездеседі. Жақында алынған деректер m6A және 5 mC РНК метилирлеуінің РНК тұрақтылығы және мРНК трансляциясы сияқты әртүрлі биологиялық процестерді реттеуге әсер ететінін және РНК-ның бұрыс метилирленуінің адам ауруларының этиологиясына ықпал ететінін көрсетіп тұр. Бал аралары сияқты әлеуметтік жәндіктерде РНК метилирлеуі өзара шағылыстыру арқылы агрессияның негізінде жатқан эпигенетикалық механизм ретінде зерттеледі.
Белоктарды метилирлеу
Ақуыз метилирлеуі әдетте ақуыз тізбегіндегі аргинин немесе лизин аминқышқылдарының қалдықтарында жүзеге асады. Аргинин бір рет (монометилденген аргинин) немесе екі рет метилденуі мүмкін, екі метил тобы бір терминалды азотқа (асимметриялық диметилргинин) немесе әрбір азотқа бір-бірден (симметриялық диметилргинин) қосылады, бұл процесті ақуыз аргинин метилтрансферазалары (PRMTs) катализдейді. Лизин метилтрансферазалары лизиннің бір, екі немесе үш рет метилденуін қамтамасыз етеді. Ақуыз метилирлеуі ең көп зерттелгені – гистондарда. S-аденозилметиониннен гистондарға метил топтарының ауысуы гистон метилтрансферазалары деп аталатын ферменттер арқылы катализделеді. Белгілі бір қалдықтарда метилденген гистондар эпигенетикалық түрде ген экспрессиясын басуға немесе белсендіруге қабілетті. Ақуыз метилирлеуі – посттрансляциялық модификацияның бір түрі.
Эволюция
Метил метаболизмі өте көне және бактериялардан адамға дейін жер бетіндегі барлық тірі организмдерде кездеседі, бұл метил метаболизмінің физиология үшін маңызды екенін көрсетеді. Расында, адам, егеуқұйрық, балық, шыбық, жіп құрт, өсімдік, балдыр және цианобактериялар сияқты түрлердегі жаһандық метилдеуді фармакологиялық түрде тежеу олардың биологиялық ритмдеріне бірдей әсер етеді, бұл метилдеудің эволюция барысында сақталған физиологиялық рөлдерін көрсетеді.
Химия саласында
Органикалық химияда метилдеу термині |CH3 тобын қосу процесін сипаттау үшін қолданылатын алкилдеу процесін көрсетеді.
Электрофилді метилирлеу
Метилирлеу әдетте иодометан, диметил сульфаты, диметил карбонаты немесе тетраметил аммоний хлориді сияқты электрофильді метил көздерін қолдана отырып жүргізіледі. Аз қолданылатын, бірақ күшті (және қауіпті) метилирлеу реагенттеріне метил трифлаты, диазометан және метил фторсульфонаты ("магикалық метил") жатады. Бұл реагенттердің бәрі SN2 нуклеофилдік орынбасу арқылы реакцияға түседі. Мысалы, карбоксилатты метил эфирін алу үшін оттегімен метилирлеуге болады; алкоксид тұзы |RO да эфир алу үшін метилирленуі мүмкін; немесе кетон эноляты жаңа кетон алу үшін көміртекпен метилирленуі мүмкін. Пурди метилирлеуі – иодометан мен күміс оксидін қолданып, көмірсуларды оттегімен метилирлеуге арналған ерекше әдіс.
Эшвейлер-Кларк метилирлеуі
Эшвейлер-Кларк реакциясы – аминдерді метилдеу әдісі. Бұл әдіс аминдерді метил галогенидтермен метилдеген кезде туындайтын төртіншілік тұзға айналу қаупін жоққа шығарады.
Нуклеофилді метилирлеу
Метилирлеу кейде нуклеофилді метил реагенттерін пайдалануды қамтиды. Күшті нуклеофилді метилирлеуші заттарға метиллитий (CH3Li) немесе метилмагний бромиді (CH3MgX) сияқты Гринард реагенттері жатады. Мысалы, CH3Li кетондар мен альдегидтердің карбонил (C=O) тобына метил топтарын қосады. : Жұмсақ метилирлеуші заттарға тетраметилтин, диметилцинк және триметилалюминий жатады.
Milder methylating agents include tetramethyltin, dimethylzinc, and trimethylaluminium.