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Metilación

La metilación , en las ciencias químicas , es la adición de un grupo metilo sobre un sustrato , o la sustitución de un átomo (o grupo) por un grupo metilo. La metilación es una forma de alquilación , en la que un grupo metilo reemplaza un átomo de hidrógeno . Estos términos se utilizan comúnmente en química , bioquímica , ciencias del suelo y biología .

En los sistemas biológicos , la metilación es catalizada por enzimas ; dicha metilación puede estar implicada en la modificación de metales pesados , la regulación de la expresión genética , la regulación de la función de las proteínas y el procesamiento del ARN . La metilación in vitro de muestras de tejido también es una forma de reducir algunos artefactos de tinción histológica . Lo contrario de la metilación es la desmetilación .

en biología

En los sistemas biológicos, la metilación se logra mediante enzimas. La metilación puede modificar los metales pesados ​​y regular la expresión genética, el procesamiento del ARN y la función de las proteínas. Es un proceso clave que subyace a la epigenética . Las fuentes de grupos metilo incluyen S-metilmetionina, folato de metilo y metilo B12. [1]

Metanogénesis

La metanogénesis , el proceso que genera metano a partir de CO 2 , implica una serie de reacciones de metilación. Estas reacciones son causadas por un conjunto de enzimas albergadas por una familia de microbios anaeróbicos. [2]

Ciclo de metanogénesis, que muestra intermediarios.

En la metanogénesis inversa, el metano es el agente metilante. [3]

O-metiltransferasas

Una amplia variedad de fenoles sufren O-metilación para dar derivados de anisol . Este proceso, catalizado por enzimas como la cafeoil-CoA O-metiltransferasa , es una reacción clave en la biosíntesis de lignoles , precursores de la lignina , un importante componente estructural de las plantas.

Las plantas producen flavonoides e isoflavonas con metilaciones en grupos hidroxilo, es decir, enlaces metoxi . Esta 5-O-metilación afecta la solubilidad en agua del flavonoide. Algunos ejemplos son 5-O-metilgenisteína , 5-O-metilmiricetina y 5-O-metilquercetina (azaleatina).

Proteínas

Junto con la ubiquitinación y la fosforilación , la metilación es un proceso bioquímico importante para modificar la función de las proteínas. Las metilaciones de proteínas más frecuentes afectan los residuos de arginina y lisina de histonas específicas. De lo contrario, la histidina, el glutamato, la asparagina y la cisteína son susceptibles a la metilación. Algunos de estos productos incluyen S -metilcisteína , dos isómeros de N -metilhistidina y dos isómeros de N -metilarginina. [4]

Metionina sintasa

La reacción de metilación catalizada por la metionina sintasa.

La metionina sintasa regenera la metionina (Met) a partir de homocisteína (Hcy). La reacción general transforma el 5-metiltetrahidrofolato (N 5 -MeTHF) en tetrahidrofolato (THF) mientras se transfiere un grupo metilo a Hcy para formar Met. La síntesis de metionina puede ser dependiente de cobalamina o independiente de cobalamina: las plantas tienen ambas, los animales dependen de la forma dependiente de metilcobalamina.

En las formas de la enzima dependientes de metilcobalamina, la reacción se desarrolla en dos pasos en una reacción de ping-pong. La enzima se prepara inicialmente en un estado reactivo mediante la transferencia de un grupo metilo de N 5 -MeTHF a Co(I) en cobalamina unida a enzima ((Cob), también conocida como vitamina B12)), formando metilcobalamina( Me-Cob) que ahora contiene Me-Co(III) y activa la enzima. Luego, una Hcy que se ha coordinado con un zinc unido a una enzima para formar un tiolato reactivo reacciona con el Me-Cob. El grupo metilo activado se transfiere de Me-Cob al tiolato de Hcy, que regenera Co(I) en Cob, y Met se libera de la enzima. [5]

Metales pesados: arsénico, mercurio, cadmio.

La biometilación es la vía para convertir algunos elementos pesados ​​en derivados más móviles o más letales que pueden entrar en la cadena alimentaria . La biometilación de los compuestos de arsénico comienza con la formación de metanoarsonatos . Por tanto, los compuestos de arsénico inorgánico trivalente se metilan para dar metanoarsonato. La S-adenosilmetionina es el donante de metilo. Los metanoarsonatos son los precursores de los dimetilarsonatos, nuevamente por el ciclo de reducción (a ácido metilarsonoso) seguido de una segunda metilación. [6] Se encuentran vías relacionadas en la metilación microbiana del mercurio a metilmercurio .

Metilación epigenética

metilación del ADN

La metilación del ADN es la conversión de la citosina en 5-metilcitosina . La formación de Me-CpG está catalizada por la enzima ADN metiltransferasa . En los vertebrados, la metilación del ADN ocurre típicamente en sitios CpG (sitios citosina-fosfato-guanina, es decir, sitios donde una citosina va seguida directamente de una guanina en la secuencia de ADN). En los mamíferos, la metilación del ADN es común en las células del cuerpo [7] y la metilación de los sitios CpG parece ser la opción predeterminada. [8] [9] El ADN humano tiene alrededor del 80% al 90% de los sitios CpG metilados, pero hay ciertas áreas, conocidas como islas CpG , que son ricas en CG (alto contenido de citosina y guanina, compuestas por aproximadamente un 65% de residuos de CG). ), en el que ninguno está metilado. Estos están asociados con los promotores del 56% de los genes de los mamíferos, incluidos todos los genes expresados ​​de forma ubicua . Del uno al dos por ciento del genoma humano son grupos de CpG y existe una relación inversa entre la metilación de CpG y la actividad transcripcional. La metilación que contribuye a la herencia epigenética puede ocurrir mediante la metilación del ADN o la metilación de proteínas. Las metilaciones inadecuadas de genes humanos pueden provocar el desarrollo de enfermedades, [10] [11] incluido el cáncer. [12] [13]

En las abejas melíferas , la metilación del ADN se asocia con el empalme alternativo y la regulación genética según una investigación genómica funcional publicada en 2013. [14] Además, la metilación del ADN se asocia con cambios de expresión en genes inmunes cuando las abejas melíferas estaban bajo una infección viral letal. [15] Se han publicado varios artículos de revisión sobre los temas de la metilación del ADN en insectos sociales. [16] [17]

metilación del ARN

La metilación del ARN ocurre en diferentes especies de ARN, a saber. ARNt , ARNr , ARNm , ARNtm , ARNsn , ARNsno , miARN y ARN viral. Se emplean diferentes estrategias catalíticas para la metilación del ARN mediante una variedad de ARN-metiltransferasas. Se cree que la metilación del ARN existió antes que la metilación del ADN en las primeras formas de vida que evolucionaron en la Tierra. [18]

La N6-metiladenosina (m6A) es la modificación de metilación más común y abundante en las moléculas de ARN (ARNm) presentes en eucariotas. La 5-metilcitosina (5-mC) también se encuentra comúnmente en varias moléculas de ARN. Datos recientes sugieren fuertemente que la metilación del ARN m6A y 5-mC afecta la regulación de diversos procesos biológicos, como la estabilidad del ARN y la traducción del ARNm, [19] y que la metilación anormal del ARN contribuye a la etiología de las enfermedades humanas. [20]

En insectos sociales como las abejas melíferas, la metilación del ARN se estudia como un posible mecanismo epigenético subyacente a la agresión mediante cruces recíprocos. [21]

Metilación de proteínas

La metilación de proteínas normalmente tiene lugar en los residuos de aminoácidos de arginina o lisina en la secuencia de proteínas. [22] La arginina se puede metilar una vez (arginina monometilada) o dos veces, con ambos grupos metilo en un nitrógeno terminal ( dimetilarginina asimétrica ) o uno en ambos nitrógenos (dimetilarginina simétrica), mediante proteínas arginina metiltransferasas (PRMT). La lisina puede metilarse una, dos o tres veces mediante lisina metiltransferasas. La metilación de proteínas ha sido más estudiada en las histonas . La transferencia de grupos metilo de la S-adenosil metionina a las histonas está catalizada por enzimas conocidas como histonas metiltransferasas . Las histonas que están metiladas en ciertos residuos pueden actuar epigenéticamente para reprimir o activar la expresión genética. [23] [24] La metilación de proteínas es un tipo de modificación postraduccional .

Evolución

El metabolismo del metilo es muy antiguo y se puede encontrar en todos los organismos de la tierra, desde bacterias hasta humanos, lo que indica la importancia del metabolismo del metilo para la fisiología. [25] De hecho, la inhibición farmacológica de la metilación global en especies que van desde humanos, ratones, peces, moscas, lombrices intestinales, plantas, algas y cianobacterias causa los mismos efectos en sus ritmos biológicos, lo que demuestra funciones fisiológicas conservadas de la metilación durante la evolución. [26]

En Quimica

El término metilación en química orgánica se refiere al proceso de alquilación utilizado para describir la liberación de un grupo CH 3 . [27]

Metilación electrofílica

Las metilaciones se realizan comúnmente utilizando fuentes de metilo electrófilas como yodometano , [28] sulfato de dimetilo , [29] [30] carbonato de dimetilo , [31] o cloruro de tetrametilamonio . [32] Los reactivos de metilación menos comunes pero más potentes (y más peligrosos) incluyen triflato de metilo , [33] diazometano , [34] y fluorosulfonato de metilo ( metilo mágico ). Todos estos reactivos reaccionan mediante sustituciones nucleofílicas S N 2 . Por ejemplo, se puede metilar un carboxilato en oxígeno para dar un éster metílico ; una sal de alcóxido RO- también puede metilarse para dar un éter , ROCH3 ; o se puede metilar un enolato de cetona en carbono para producir una nueva cetona .

Metilación de una sal de ácido carboxílico y un fenol usando yodometano.

La metilación de Purdie es específica para la metilación en oxígeno de carbohidratos utilizando yodometano y óxido de plata . [35]

Metilación de Purdie

Metilación de Eschweiler-Clarke

La reacción de Eschweiler-Clarke es un método de metilación de aminas . [36] Este método evita el riesgo de cuaternización , que ocurre cuando las aminas se metilan con haluros de metilo.

La reacción de Eschweiler-Clarke se utiliza para metilar aminas.
La reacción de Eschweiler-Clarke se utiliza para metilar aminas.

Diazometano y trimetilsilildiazometano

El diazometano y el análogo más seguro, el trimetilsilildiazometano, metilan ácidos carboxílicos, fenoles e incluso alcoholes:

El método ofrece la ventaja de que los productos secundarios se eliminan fácilmente de la mezcla de productos. [37]

Metilación nucleofílica

La metilación a veces implica el uso de reactivos de metilo nucleófilos . Los agentes metilantes fuertemente nucleofílicos incluyen metillitio ( CH3Li ) [38] o reactivos de Grignard como el bromuro de metilmagnesio ( CH3MgX ) . [39] Por ejemplo, CH 3 Li agregará grupos metilo al carbonilo (C=O) de cetonas y aldehídos.:

Metilación de acetona por metil litio.

Los agentes metilantes más suaves incluyen tetrametilestaño , dimetilzinc y trimetilaluminio . [40]

Ver también

Temas de biología

Temas de quimica organica

Referencias

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enlaces externos

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