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.

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.

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.

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.

Метаногенез

Метанофуранның формализациясы метаногенез циклін бастайды. Формил тобы көмірқышқыл газынан алынады және метанға айналады.

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.

Механизм

Формиляция реакциясы тікелей трансфер реакциясы арқылы өтеді, онда GAR аминдұрабы N10 формаль THF-ге нуклеофильдік түрде шабуыл жасайды, бұл тетраэдрлік аралық затты құрайды.

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.

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.

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.