Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Формиляция - құрама формаль тобымен (CH=O) функционалданатын кез келген химиялық процесс. Органикалық химияда бұл термин көбінесе ароматты қосылыстарға қатысты қолданылады (мысалы, бензолдың бензальдегидке айналуы Гаттерманн-Кох реакциясында). Биохимияда реакцияны ферменттер, мысалы формальтрансферазалар, катализдейді. Формиляция әдетте CHO тобын тудыратын формализациялау агенттерін, реагенттерді пайдалануды қамтиды. Көптеген формациялау реагенттерінің ішінде әсіресе маңыздылары - құмырсқа қышқылы мен көміртек оксиді. Формиляция реакциясы органикалық химияда органикалық қосылыстың формаль тобымен (CH=O) функционалданатын органикалық реакцияларды білдіреді. Реакция альдегидтерге (C CH=O), формамидтерге (N CH=O) және формат эфирлеріне (O CH=O) жол ашады.
Formylation refers to any chemical processes in which a compound is functionalized with a formyl group ( CH=O). In organic chemistry, the term is most commonly used with regards to aromatic compounds (for example the conversion of benzene to benzaldehyde in the Gattermann–Koch reaction). In biochemistry the reaction is catalysed by enzymes such as formyltransferases. Formylation generally involves the use of formylation agents, reagents that give rise to the CHO group. Among the many formylation reagents, particularly important are formic acid and carbon monoxide. A formylation reaction in organic chemistry refers to organic reactions in which an organic compound is functionalized with a formyl group ( CH=O). The reaction is a route to aldehydes (C CH=O), formamides (N CH=O), and formate esters (O CH=O).
Ароматтық формация
Формиляция реакциялары электрофильді ароматтық алмастырудың бір түрі болып табылады, сондықтан олар электронға бай бастапқы материалдармен жақсы жұмыс істейді. Фенолдар - бұл жалпы субстрат, өйткені олар өте жақсы феноксид нуклеофильдеріне тез депротонацияланады. Электронға бай басқа субстраттар, мысалы меситилен, пирол немесе қорытылған ароматты сақиналар да реакцияға түседі деп күтуге болады. Бензол агрессивті жағдайларда реакцияға түседі, бірақ пиридин сияқты белсенділігі жойылған сақиналарды тиімді формациялау қиын. Көптеген формализациялық реакциялар тек қана орфопродуктті (мысалы, салициллальдегидті) таңдайды, ол феноксид пен формализациялық реагенттің арасында аттрактонға жатқызылады. Вильсмейер-Хаак реакциясы мен Дафф реакциясындағы катиондық азот орталықтары арасында иондық өзара әрекеттесулер пайда болды; Казираги мен Рише формацияларында жоғары тотығу металлдарына координация пайда болды (бағ. Колбе- Шмитт реакциясы). Фенол мен параформальдегидтің тікелей реакциясы Казираги формальдиляциясы арқылы мүмкін, бірақ басқа әдістерде формальдегидтің маскаланған түрлері қолданылады, ішінара фенол формальдегид шайырларының пайда болуын шектеу үшін. Алдегидтер қатты деактивацияланады және мұндай фенольдер әдетте бір рет қана реакцияға түседі. Алайда кейбір реакциялар, мысалы Дафф реакциясы, қос қосуды береді. Формиляция басқа да хош иісті сақиналарға қолданылуы мүмкін. Әдетте, ол ароматтық топтың нуклеофилдік шабуылынан басталатындықтан, сақинаның электрондық тығыздығы маңызды фактор болып табылады. Пирол сияқты кейбір хош иісті қосылыстар аймақтық іріктеу арқылы формацияланады. Бензол сақиналарын формализациялау Гаттерман реакциясы және Гаттерман Кох реакциясы арқылы жүзеге асады. Бұл реакциялар күшті қышқыл катализасын қамтиды және Фридель-Крафт реакциясына ұқсас түрде жүреді.
Formylation reactions are a form of electrophilic aromatic substitution and therefore work best with electron rich starting materials. Phenols are a common substrate, as they readily deprotonate to excellent phenoxide nucleophiles. Other electron rich substrates, such as mesitylene, pyrrole, or fused aromatic rings can also be expected to react. Benzene will react under aggressive conditions but deactivated rings such as pyridine are difficult to formylate effectively. Many formylation reactions will select only the ortho product (e. g. salicylaldehyde), attributed to attracton between the phenoxide and the formylating reagent. Ionic interactions have been invoked between cationic nitrogen centres in the Vilsmeier–Haack reaction and Duff reaction; coordination to high oxidation metals has been invoked in the Casiraghi and Rieche formylations (cf. Kolbe–Schmitt reaction). The direct reaction between phenol and paraformaldehyde is possible via the Casiraghi formylation, but other methods apply masked forms of formaldehyde, in part to limit the formation of phenol formaldehyde resins. Aldehydes are strongly deactivating and as such phenols typically only react once. However certain reactions, such as the Duff reaction, can give double addition. Formylation can be applied to other aromatic rings. As it generally begins with nucleophilic attack by the aromatic group, the electron density of the ring is an important factor. Some aromatic compounds, such as pyrrole, are known to formylate regioselectively. Formylation of benzene rings can be achieved via the Gattermann reaction and Gattermann Koch reaction. These involve strong acid catalysis and proceed in a manner similar to the Friedel–Crafts reaction.
Алифалық формациялау
Алкендерді гидроформализациялау - алифалық формальдарды (яғни альдегидтерді) алудың ең маңызды әдісі. Реакция негізінен өнеркәсіптік ортада ғана байқалады. Зертханалық масштабтағы синтез үшін бірнеше арнайы әдістер бар, соның ішінде Соммеле реакциясы, Бувеол альдегид синтезі немесе Бодрукс-Чичибабин альдегид синтезі.
Hydroformylation of alkenes is the most important method for obtaining aliphatic formyls (i. e., aldehydes). The reaction is largely restricted to industrial settings. Several specialty methods exist for laboratory scale synthesis, including the Sommelet reaction, Bouveault aldehyde synthesis or Bodroux–Chichibabin aldehyde synthesis.
Биологиядағы формализациялық реакциялар
Биохимияда формаль функционалдық тобын қосу "формализация" деп аталады. Формил функционалдық тобы көмірсутекке байланысқан карбонилден тұрады. R тобына қосылғанда формаль тобы альдегид деп аталады. Формиляция бірнеше маңызды биологиялық процестерде анықталды. Метхионинді алғаш рет 1964 жылы Маркер мен Сангер E. coli бактериясында формальдациялағанын анықтады, кейіннен бактериялар мен органельдерде ақуыз синтезінің басталуына қатысы бар екені анықталды. N формальметиониннің түзілуін метионил тРНК трансформализа ферменті катализациялайды. Сонымен қатар, пуриндердің de novo биосинтезі кезінде екі формализациялық реакция пайда болады. Бұл реакциялар глицинамид рибонуклеотид (GAR) трансформализасы және 5 аминоимидазол 4- карбоксиамид риботид (AICAR) трансформализасы ферменттерімен катализделеді. Жақында формализация геноэкспрессияны модуляциялайтын гистонның модификациясы болып табылды.
In biochemistry, the addition of a formyl functional group is termed "formylation". A formyl functional group consists of a carbonyl bonded to hydrogen. When attached to an R group, a formyl group is called an aldehyde. Formylation has been identified in several critical biological processes. Methionine was first discovered to be formylated in E. coli by Marcker and Sanger in 1964 and was later identified to be involved in the initiation of protein synthesis in bacteria and organelles. The formation of N formylmethionine is catalyzed by the enzyme methionyl tRNA transformylase. Additionally, two formylation reactions occur in the de novo biosynthesis of purines. These reactions are catalyzed by the enzymes glycinamide ribonucleotide (GAR) transformylase and 5 aminoimidazole 4 carboxyamide ribotide (AICAR) transformylase. More recently, formylation has been discovered to be a histone modification, which may modulate gene expression.
Метаногенез
Метанофуранның формализациясы метаногенез циклін бастайды. Формил тобы көмірқышқыл газынан алынады және метанға айналады.
Formylation of methanofuran initiates the methanogenesis cycle. The formyl group is derived from carbon dioxide and is converted to methane.
Белсенді синтезде формализация
Бактериялар мен органелдерде ақуыз синтезінің басталуы формаль метионил тРНК (tRNAfMet) түзілуімен белгіленеді. Бұл реакция 10 формальтетрагидрофолат пен метионил тРНК формальтрансфераза ферментінен тәуелді.
In bacteria and organelles, the initiation of protein synthesis is signaled by the formation of formyl methionyl tRNA (tRNAfMet). This reaction is dependent on 10 formyltetrahydrofolate, and the enzyme methionyl tRNA formyltransferase.
Механизм
Формиляция реакциясы тікелей трансфер реакциясы арқылы өтеді, онда GAR аминдұрабы N10 формаль THF-ге нуклеофильдік түрде шабуыл жасайды, бұл тетраэдрлік аралық затты құрайды.
The formylation reaction is proposed to occur through a direct transfer reaction in which the amine group of GAR nucleophilically attacks N10 formyl THF creating a tetrahedral intermediate.
PurT GAR трансформализасы
PurT GAR трансформализасы форматты формал доноры ретінде және катализ үшін АТФ қажет етеді. PurT GAR трансформализасы E. coli бактериясындағы GAR формализациясының 14 - 50% - ын жүзеге асырады деп есептелген. Фермент АТФ тұтқыр белдіктер суперотбасының мүшесі болып табылады.
PurT GAR transformylase requires formate as the formyl donor and ATP for catalysis. It has been estimated that PurT GAR transformylase carries out 14 50% of GAR formylations in E. coli. The enzyme is a member of the ATP grasp superfamily of proteins.
Механизм
PurT GAR трансформализасы үшін бірінші формаға қысқа өмір сүретін формаль фосфаты аралық түрін ұсынатын ретті механизм ұсынылды. Бұл формаль фосфаты аралық формаль тобының көшірілуі үшін GAR амины арқылы нуклеофильдік шабуылға ұшырайды. Мутагенез эксперименттерінде формаль фосфатының аралық түрі анықталды, онда мутант PurT GAR трансформилаза форматқа әлсіз аффинитетті білдіреді. Формилфосфат аралықтан бұрын фермент фосфаты аралық құрамының қалыптасуы да позициялық изотоп алмасу зерттеулерінің негізінде ұсынылды. Формиляция көбінесе Хистон H1- дегі 19 түрлі модификация орындарында анықталады. Формиляция клетканың генетикалық экспрессиясын қатты бұзады, бұл қатерлі ісік сияқты ауруларға әкелуі мүмкін. Бұл өзгерістердің пайда болуы окисдеуші стресске байланысты болуы мүмкін. Формилфосфатты лизинді формализациялау үшін пайдалануға болады. Окистендіру стрессі ақуыздардың бетіндегі лизин қалдықтарының болуы мен формальдалану мүмкіндігіне әсер етеді деп есептеледі.
A sequential mechanism has been proposed for PurT GAR transformylase in which a short lived formyl phosphate intermediate is proposed to first form. This formyl phosphate intermediate then undergoes nucleophilic attack by the GAR amine for transfer of the formyl group. A formyl phosphate intermediate has been detected in mutagenesis experiments, in which the mutant PurT GAR transforymylase had a weak affinity for formate. An enzyme phosphate intermediate preceding the formylphosphate intermediate has also been proposed to form based on positional isotope exchange studies. Formylation is detected most frequently on 19 different modification sites on Histone H1. The genetic expression of the cell is highly disrupted by formylation, which may cause diseases such as cancer. The development of these modifications may be due to oxidative stress. The formylphosphate produced can then be used to formylate lysine. Oxidative stress is believed to play a role in the availability of lysine residues in the surface of proteins and the possibility of being formylated.
Дәрілік мақсат ретінде формализациялық реакциялар
Пурин биосинтезіне қатысатын ферменттерді ингибициялау химиялық терапияның әлеуетті дәрілік нысанасы ретінде пайдаланылды. Қатерлі ісік жасушалары бөлінуді жеңілдету үшін пуриндердің жоғары концентрациясын қажет етеді. GAR трансформализасы мен AICAR трансформализасы формализация реакцияларын тежейтін бірнеше фолат ингибиторлары әзірленді. Алғашқы GAR трансформализа ингибиторы Lometrexol [(6R) 5,10 dideazatetrahydrofolate] 1980-ші жылдары Eli Lilly компаниясы мен академиялық зертханалардың ынтымақтастығы арқылы әзірленді. Құрылымы жағынан N10 формаль ТТФ- ге ұқсас болғанымен, лометрексоль көміртекті бір реакцияға өткізе алмайды. Экзомалық тізбектеу, Ли синдромы бар науқастарда митохондриялық метионил тРНК формальтрансферазаның (MTFMT) кодтауындағы геннің мутациясын анықтау үшін пайдаланылды. Ли синдромының белгілерін туғызатын MTFMT-де анықталған c.626C>T мутациясы экзонды біріктіруді өзгертеді деп есептеледі, бұл фрейм- ауысу мутациясына және кодонды ерте тоқтатуға әкеледі. MTFMT c.626C> T мутациясы бар адамдарда fMet tRNAMet деңгейі төмендеп, митохондриялық трансляцияланған COX1 формализациясының деңгейі өзгерген. Бұл байланыс белгілі бір митохондриялық гендердің экспрессиясын бастау үшін формальданған метиониннің қажеттілігіне дәлел келтіреді.
Inhibition of enzymes involved in purine biosynthesis has been exploited as a potential drug target for chemotherapy. Cancer cells require high concentrations of purines to facilitate division Several folate based inhibitors have been developed to inhibit formylation reactions by GAR transformylase and AICAR transformylase. The first GAR transformylase inhibitor Lometrexol [(6R)5,10 dideazatetrahydrofolate] was developed in the 1980s through a collaboration between Eli Lilly and academic laboratories. Although similar in structure to N10 formyl THF, lometrexol is incapable of carrying out one carbon transfer reactions. Exome sequencing, has been used to identify a mutation in the gene coding for mitochondrial methionyl tRNA formyltransferase (MTFMT) in patients with Leigh syndrome. The c.626C>T mutation identified in MTFMT yielding symptoms of Leigh Syndrome is believed to alter exon splicing leading to a frameshift mutation and a premature stop codon. Individuals with the MTFMT c.626C>T mutation were found to have reduced fMet tRNAMet levels and changes in the formylation level of mitochondrically translated COX1. This link provides evidence for the necessity of formylated methionine in initiation of expression for certain mitochondrial genes.