Metilare

În chimie, metilarea reprezintă procesul chimic de adiție a unei grupe alchilice de tip metil la un substrat sau de substituție a unui atom sau grupe de atomi cu o grupă metil. Metilarea este un tip particular de alchilare, fiind cel mai simplu proces de acest tip.

În context biochimic, procesele celulare de metilare sunt catalizate de către enzime și sunt implicate de obicei în modificarea metalelor grele, reglarea expresiei genice și a funcției proteice și în procesarea ARN-ului.

În biologie

Metanogeneză

Ciclul metanogenezei, prezentând și produșii intermediari

Metanogeneza, procesul prin care se obține metanul, este rezultatul mai multor reacții de metilare. Metanogeneza depinde de prezența bacteriilor metanogene care își desfășoară activitatea în condiții strict anaerobe.^[1] În medii anoxice, metanogeneza este ultima etapă în descompunerea biomasei.

O-metiltransferază

O mare varietate de fenoli suferă reacții de O-metilare prin care se obțin derivați ai anisolului. O-metilarea, catalizată de enzime precum cafeoil-CoA O-metiltransferază, este o reacție cheie în biosinteza lignolilor, precursori ai ligninei, o componentă structurală majoră a plantelor.

5-O-metilare

Plantele produc flavonoide și izoflavone prin metilări la gruparea hidroxil. Reacția de 5-O-metilare afectează solubilitatea flavonoidelor în apă. Exemple includ 5-O-metilgenisteina (C₁₆H₁₂O₅), 5-O-metilmiricetina (C₁₆H₁₂O₈) și 5-O-metilquercetina (C₁₆H₁₂O₇), cunoscută și ca azaleatină.

Metilare epigenetică

Metilarea ADN

Metilarea citozinelor în poziția 5' a inelului pirimidinic este o modificare adesea dar nu exclusiv întâlnită în ADN-ul mamiferelor la nivelul secvențelor CpG.^[2]

La mamifere, regiunile bogate în dinucleotide CpG sunt numite insule CpG; în genomul uman cel puțin 60% din regiunile promotoare ale genelor care codifică proteine sunt asociate cu o insulă CpG.^[2] În funcție de densitatea grupărilor metil din regiunile promotoare situate la capătul 5' terminal sau în primul exon/intron al genei, metilarea ADN va dicta poziția și momentul când este inițiată expresia genelor.^[2] Metilarea ADN oferă de asemenea informații asupra locului unde regiunile codante se regăsesc în gene.^[2]

În celulele normale, insulele CpG sunt nemetilate, în timp ce dinucleotidele CpG sporadice regăsite în restul genomului sunt metilate.^[2] În timpul procesului de îmbătrânire, are loc o inversare treptată a profilului de metilare, care conduce la metilarea insulelor CpG și la o pierdere globală a nivelului de metilare; această schimbare este foarte pronunțată și în decursul procesului de carcinogeneză.^[2]

Metilarea ARN

Metilarea ARN are loc în diferite specii de ARN viz. ARNt, ARNr, ARNm, ARNtm, ARNsn, ARNsno, miARN și ARN viral. Sunt utilizate diferite strategii catalitice printr-o varietate de ARN-metiltransferaze. Se presupune că metilarea ARN a existat înainte de metilarea ADN în primele forme de viață de pe Pământ.^[3]

N⁶-metiladenozina (m⁶A) este cea mai comună și abundentă modificare de acest tip în moleculele de ARN prezente la eucariote. De asemenea, 5-metilcitozina (5-mC) apare frecvent în diferite molecule de ARN. Datele recente sugerează că metilările m⁶A și 5-mC afectează reglarea diferitelor procese biologice, cum ar fi stabilitatea ARN și translația ARNm,^[4] iar metilarea ARN anormală contribuie la etiologia bolilor umane.^[5]

În chimie

Metilare electrofilă

Articol principal: Substituție electrofilă.

Metilările sunt de obicei realizate folosind surse de metil electrofile, cum ar fi iodometan,^[6] sulfat de dimetil,^[7]^[8] carbonat de dimetil^[9] sau clorură de tetrametilamoniu.^[10] Agenți de metilare mai puțin obișnuiți, dar mai puternici și mai periculoși, includ triflatul de metil,^[11] diazometanul^[12] și fluorosulfonatul de metil. Toți acești agenți reacționează prin substituții nucleofile S_N2. De exemplu, un carboxilat poate fi metilat la oxigen pentru a obține un ester metilic, un alcoxid poate fi metilat pentru a obține un eter, iar un enolat poate fi metilat la carbon pentru a obține o cetonă.

Metilarea unui acid carboxilic și a unui fenol folosind iodometan

Metilarea Purdie este o metodă specifică pentru metilarea la oxigen a carbohidraților folosind iodometan și oxid de argint.^[13]

Metilare Eschweiler-Clarke

Articol principal: Reacție Eschweiler-Clarke.

Metilarea Eschweiler-Clarke este o metodă de metilare a aminelor.^[14] Prin această metodă se evită riscul de cuaternizare, întâlnită atunci când aminele sunt metilate cu halogenuri de metil. Se obțin amine secundare și terțiare.

Diazometan și trimetilsilildiazometan

Diazometanul și analogul său mai sigur trimetilsilildiazometan metilează acizi carboxilici, fenoli și chiar alcooli:

RCO₂H + tmsCHN₂ + CH₃OH → RCO₂CH₃ + CH₃Otms + N₂

Această metodă oferă avantajul că produsele secundare sunt îndepărtate cu ușurință din amestec.^[15]

Metilare nucleofilă

Articol principal: Adiție nucleofilă.

Metilarea implică uneori utilizarea agenților metilici nucleofili. Agenți de metilare puternic nucleofili includ metillitiu (CH₃Li)^[16] și reactivi Grignard, precum bromura de metilmagneziu (CH₃MgBr).^[17] De exemplu, CH₃Li va adiționa grupări metil la gruparea carbonil (C=O) în cetone și aldehide:

Agenți de metilare mai blânzi includ tetrametilstaniul, dimetilzincul și trimetilaluminiul.^[18]

Note

^ en R. K. Thauer (1998). „Biochemistry of Methanogenesis: a Tribute to Marjory Stephenson”. Microbiology. 144: 2377–2406.
^ ^a ^b ^c ^d ^e ^f Roxana Ola (2012). „Metilarea ADN și controlul genelor implicate în procesele maligne”. Facultatea de Biologie și Geologie. Cluj-Napoca: Universitatea Babeș-Bolyai. pp. 4–5. Arhivat din original la 8 septembrie 2018. Accesat în 8 septembrie 2018.
^ en Ajay K. Rana, Serge Ankri (6 iunie 2016). „Reviving the RNA World: An Insight into the Appearance of RNA Methyltransferases”. Frontiers in Genetics. 7: 99. doi:10.3389/fgene.2016.00099. PMC 4893491 . PMID 27375676.
^ en Junhong Choi; et al. (2016). „N⁶-methyladenosine in mRNA disrupts tRNA selection and translation-elongation dynamics”. Nature Structural & Molecular Biology. 23: 110–115. doi:10.1038/nsmb.3148. ISSN 1545-9993. PMC 4826618 . PMID 26751643.
^ en „Methylation (MTHFR) Testing”. GX Sciences. Arhivat din original la 23 mai 2018. Accesat în 8 septembrie 2018.
^ en G. N. Vyas, N. M. Shah (1951). „Quninacetophenone monomethyl ether”. Organic Syntheses. 31: 90. doi:10.15227/orgsyn.031.0090.
^ en G. S. Hiers (1929). „Anisole”. Organic Syntheses. 9: 12. doi:10.15227/orgsyn.009.0012.
^ en Roland N. Icke, Ernst Redemann, Burnett B. Wisegarver, Gordon A. Alles (1949). „m-Methoxybenzaldehyde”. Organic Syntheses. 29: 63. doi:10.15227/orgsyn.029.0063.
^ en Pietro Tundo, Maurizio Selva, Andrea Bomben (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.
^ en Maraš Nenad, Slovenko Polanc, Marijan Kočevar (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.
^ en Kevin W. C. Poon, Philip A. Albiniak, Gregory B. Dudley (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.
^ en M. Neeman, William S. Johnson (1961). „Cholestanyl methyl ether”. Organic Syntheses. 41: 9. doi:10.15227/orgsyn.041.0009.
^ en T. Purdie, J. C. Irvine (1903). „C. The alkylation of sugars”. Journal of the Chemical Society, Transactions. 83: 1021. doi:10.1039/CT9038301021.
^ en Roland N. Icke, Burnett B. Wisegarver, Gordon A. Alles (1945). „β-Phenylethyldimethylamine”. Organic Syntheses. 25: 89. doi:10.15227/orgsyn.025.0089.
^ en Takayuki Shioiri, Toyohiko Aoyama, Timothy Snowden (2001). „Trimethylsilyldiazomethane”. e-EROS Encyclopedia of Reagents for Organic Synthesis. doi:10.1002/047084289X.rt298.pub2.
^ en Sharon D. Lipsky, Stan S. Hall (1976). „Aromatic hydrocarbons from aromatic ketones and aldehydes: 1,1-Diphenylethane”. Organic Syntheses. 55: 7. doi:10.15227/orgsyn.055.0007.
^ en Oliver Grummitt, Ernest I. Becker (1950). „Trans-1-phenyl-1,3-butadiene”. Organic Syntheses. 30: 75. doi:10.15227/orgsyn.030.0075.
^ en Ei-ichi Negishi, Hajime Matsushita (1984). „Palladium-Catalyzed Synthesis of 1,4-Dienes by Allylation of Alkenyalane: α-Farnesene”. Organic Syntheses. 62: 31. doi:10.15227/orgsyn.062.0031.

Vezi și

[1] R. K. Thauer (1998). „Biochemistry of Methanogenesis: a Tribute to Marjory Stephenson”. Microbiology. 144: 2377–2406.

[ola-2] ^ ^a ^b ^c ^d ^e ^f Roxana Ola (2012). „Metilarea ADN și controlul genelor implicate în procesele maligne”. Facultatea de Biologie și Geologie. Cluj-Napoca: Universitatea Babeș-Bolyai. pp. 4–5. Arhivat din original la 8 septembrie 2018. Accesat în 8 septembrie 2018.

[3] Ajay K. Rana, Serge Ankri (6 iunie 2016). „Reviving the RNA World: An Insight into the Appearance of RNA Methyltransferases”. Frontiers in Genetics. 7: 99. doi:10.3389/fgene.2016.00099. PMC 4893491 . PMID 27375676.

[4] Junhong Choi; et al. (2016). „N⁶-methyladenosine in mRNA disrupts tRNA selection and translation-elongation dynamics”. Nature Structural & Molecular Biology. 23: 110–115. doi:10.1038/nsmb.3148. ISSN 1545-9993. PMC 4826618 . PMID 26751643.

[5] „Methylation (MTHFR) Testing”. GX Sciences. Arhivat din original la 23 mai 2018. Accesat în 8 septembrie 2018.

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

[7] G. S. Hiers (1929). „Anisole”. Organic Syntheses. 9: 12. doi:10.15227/orgsyn.009.0012.

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

[9] Pietro Tundo, Maurizio Selva, Andrea Bomben (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.

[10] Maraš Nenad, Slovenko Polanc, Marijan Kočevar (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.

[11] Kevin W. C. Poon, Philip A. Albiniak, Gregory B. Dudley (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.

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

[13] T. Purdie, J. C. Irvine (1903). „C. The alkylation of sugars”. Journal of the Chemical Society, Transactions. 83: 1021. doi:10.1039/CT9038301021.

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

[15] Takayuki Shioiri, Toyohiko Aoyama, Timothy Snowden (2001). „Trimethylsilyldiazomethane”. e-EROS Encyclopedia of Reagents for Organic Synthesis. doi:10.1002/047084289X.rt298.pub2.

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

[17] Oliver Grummitt, Ernest I. Becker (1950). „Trans-1-phenyl-1,3-butadiene”. Organic Syntheses. 30: 75. doi:10.15227/orgsyn.030.0075.

[18] Ei-ichi Negishi, Hajime Matsushita (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]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]