मेथिलिकरण: Difference between revisions

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रासायनिक विज्ञान में, मेथिलिकरण एक सब्सट्रेट (रसायन विज्ञान) पर मिथाइल समूह के जुड़ने, या मिथाइल समूह द्वारा एक परमाणु (या समूह) के प्रतिस्थापन को दर्शाता है। मेथिलिकरण क्षारीकरण का एक रूप है, जिसमें मिथाइल समूह हाइड्रोजन परमाणु की जगह लेता है। ये शब्द सामान्यतः रसायन विज्ञान, जैव रसायन, मृदा विज्ञान और जीव विज्ञान में उपयोग किए जाते हैं।

जैविक प्रणालियों में, मेथिलिकरण एंजाइमों द्वारा उत्प्रेरित होता है; इस तरह के मेथिलिकरण को भारी धातुओं के संशोधन, जीन अभिव्यक्ति के विनियमन, प्रोटीन प्रकार्य के विनियमन और RNA प्रसंस्करण में सम्मलित किया जा सकता है। ऊतक के नमूनों का कृत्रिम परिवेशीय मेथिलिकरण भी कुछ ऊतकीय धुंधलापन कलाकृतियों को कम करने का एक तरीका है। मेथिलिकरण का उल्टा विमेथिलन है। डीएनए मेथिलिकरण एपिजेनेटिक्स के कई तंत्रों में से एक का एक उदाहरण है। एपिजेनेटिक्स अपने डीएनए में एक परिवर्तन है कि वास्तविक डीएनए अनुक्रम में अपरिवर्तन को दर्शाता है। इसका मतलब है कि इन परिवर्तनों से पूर्ववत किया जा सकता।

जीव विज्ञान में

जैविक प्रणालियों में, मेथिलिकरण एंजाइमों द्वारा पूरा किया जाता है। मेथिलिकरण भारी धातुओं को संशोधित कर सकता है, जीन अभिव्यक्ति, RNA प्रसंस्करण और प्रोटीन प्रकार्य को नियंत्रित कर सकता है। इसे एपिजेनेटिक्स में अंतर्निहित एक महत्वपूर्ण प्रक्रिया के रूप में मान्यता दी गई है।

मेथनोजेनेसिस

मीथेनोजेनेसिस, वह प्रक्रिया जो CO2 से मीथेन(CH4) उत्पन्न करती है, इसमें मेथिलिकरण अभिक्रियाओं की एक श्रृंखला सम्मलित है। ये अभिक्रियाएं अवायवीय रोगाणुओं के एक परिवार द्वारा प्राप्त एंजाइमों के एक समूह द्वारा प्रभावित होती हैं।[1]

मीथेनोजेनेसिस के लिए चक्र, मध्यवर्ती दिखा रहा है

उलटे हुए मेथनोजेनेसिस में, मीथेन मिथाइलेटिंग अभिकर्ता के रूप में कार्य करता है।

ओ-मिथाइलट्रांसफेरेज़

Main article: ओ-मिथाइलट्रांसफेरेज

एनीसोल डेरिवेटिव(व्युत्पन्न) देने के लिए विभिन्न प्रकार के फिनोल ओ-मेथिलिकरण से गुजरती है। कैफॉयल-CoA ओ-मिथाइलट्रांसफेरेज़ जैसे एंजाइमों द्वारा उत्प्रेरित यह प्रक्रिया, लिग्नोल्स के जैवसंश्लेषण में एक महत्वपूर्ण अभिक्रिया है, जो पौधों का एक प्रमुख संरचनात्मक घटक लिग्निन के प्रतिवर्ती (रसायन विज्ञान) है।

पौधे हाइड्रॉक्सिल समूह, अर्थात मेथॉक्सी समूह पर मेथिलिकरण के साथ फ्लेवोनोइड्स और आइसोफ्लेवोन्स का उत्पादन करते हैं। यह 5-ओ-मेथिलिकरण फ्लेवोनोइड की जल में घुलनशीलता को प्रभावित करता है। उदाहरण हैं 5-ओ-मेथिलजेनिस्टीन 5-ओ-मेथिलमाइरिकेटिन या 5-ओ-मिथाइलक्वेरसेटिन, जिन्हें एज़ेलेटिन के नाम से भी जाना जाता है।

प्रोटीन

सर्वव्यापीकरण और फास्फारिलीकरण के साथ मिलकर, प्रोटीन प्रकार्य को संशोधित करने के लिए मेथिलिकरण एक प्रमुख जैव रासायनिक प्रक्रिया है। सबसे अधिक प्रचलित प्रोटीन मेथिलिकरण विशिष्ट हिस्टोन के आर्गिनिन और लाइसिन अवशेषों को प्रभावित करते हैं। अन्यथा हिस्टडीन, ग्लूटामेट, शतावरी, सिस्टीन मेथिलिकरण के लिए अतिसंवेदनशील होते हैं। इनमें से कुछ उत्पादों में S-मिथाइलसिस्टीन, N-मिथाइलहिस्टिडाइन के दो समावयवी और N-मिथाइलर्जिनिन के दो समावयवी सम्मलित हैं।[2]

मेथिओनाइन सिंथेज़

मेथिओनिन सिंथेज़ द्वारा उत्प्रेरित मेथिलिकरण अभिक्रिया

मेथियोनीन सिंथेज़ होमोसिस्टीन (Hcy) से मेथियोनाइन (मेट) को पुन: उत्पन्न करता है। समग्र अभिक्रिया 5-मिथाइलटेट्राहाइड्रोफोलेट (N5-MeTHF) को टेट्राहाइड्रोफोलेट (THF) में बदल देती है जबकि मिथाइल समूह को Hcy में स्थानांतरित करके Met बनाया जाता है। मेथिओनिन संश्लेषण कोबालामिन-आश्रित और कोबालामिन-स्वतंत्र हो सकता हैं: पौधों में दोनों होते हैं, जानवर मिथाइलकोबालामिन-आश्रित रूप पर निर्भर होते हैं।

एंजाइम के मिथाइलकोबालामिन-आश्रित रूपों में, अभिक्रिया पिंग-पोंग अभिक्रिया में दो चरणों से आगे बढ़ती है। एंजाइम को प्रारंभ में एंजाइम-बाध्य कोबालिन (Cob) में N5-MeTHF से Co(I) में मिथाइल समूह के स्थानांतरण द्वारा प्रतिक्रियाशील अवस्था में तैयार किया जाता है, मिथाइल-कोबालामिन (Me-Cob) बनाता है जिसमें अब Me-Co (III) होता है और एंजाइम को सक्रिय करता है। फिर, एक Hcy जिसने प्रतिक्रियाशील थिओलेट बनाने के लिए एंजाइम-बाध्य जस्ता को समन्वयित किया है, Me-Cob के साथ अभिक्रिया करता है। सक्रिय मिथाइल समूह को Me-Cob से Hcy थियोलेट में स्थानांतरित किया जाता है, जो Cob में Co(I) को पुन: उत्पन्न करता है, और Met को एंजाइम से मुक्त किया जाता है।[3]

आर्सेनिक, पारा, कैडमियम, भारी धातुएं:

जैव मेथिलिकरण कुछ भारी तत्वों को अधिक मोबाइल या अधिक घातक डेरिवेटिव(व्युत्पन्न) में परिवर्तित करने का मार्ग है जो खाद्य श्रृंखला में प्रवेश कर सकते हैं। आर्सेनिक यौगिकों का जैव मेथिलिकरण मेथेनेयरसोनेट के निर्माण के साथ शुरू होता है। इस प्रकार, त्रिसंयोजी अकार्बनिक आर्सेनिक यौगिकों को मेथेनारसोनेट देने के लिए मिथाइलयुक्त किया जाता है। S-एडेनोसिलमेथियोनीन मिथाइल दाता है। मीथेनियरसोनेट्स डाइमिथाइलार्सोनेट्स के पूर्ववर्ती हैं, पुनःरिडॉक्स के चक्र द्वारा (मिथाइलार्सोनस अम्ल के लिए) के बाद एक दूसरा मेथिलिकरण होता है।[4] संबंधित मार्ग मिथाइलमर्करी के जैवसंश्लेषण पर लागू होते हैं।

एपिजेनेटिक मेथिलिकरण

DNA/RNA मेथिलिकरण

कशेरुकियों में DNA मेथिलिकरण सामान्यतः CpG स्थलो (साइटोसिन-फॉस्फेट-गुआनिन स्थलो – अर्थात, जहां DNA अनुक्रम में एक साइटोसिन के बाद सीधे ग्वानिन होता है) पर होता है। इस मेथिलिकरण के परिणामस्वरूप साइटोसिन का 5 मिथाइलसिटोसाइन में रूपांतरण होता है। Me-CpG का निर्माण एंजाइम DNA मिथाइलट्रांसफेरेज़ द्वारा उत्प्रेरित होता है। स्तनधारियों में, DNA मेथिलिकरण शरीर की कोशिकाओं में सामान्य है,[5] और CpG स्थलो का मेथिलिकरण डिफ़ॉल्ट(चूक) लगता है।[6][7] मानव DNA में लगभग 80-90% CpG स्थलो का मेथिलिकरण होता है, लेकिन कुछ ऐसे क्षेत्र हैं, जिन्हें CpG द्वीपों के रूप में जाना जाता है, जो CG-समृद्ध हैं (उच्च साइटोसिन और गुआनिन सामग्री, लगभग 65% CG अवशेष (रसायन विज्ञान) से बनी है), जिनमें से कोई भी मिथाइलेटेड नहीं है। ये 56% स्तनधारी जीनों के प्रवर्तकों से जुड़े हुए हैं, जिनमें सभी सर्वव्यापी रूप से व्यक्त जीन भी सम्मलित हैं। मानव जीनोम का एक से दो प्रतिशत CpG समूह हैं, और CpG मेथिलिकरण और प्रतिलेखात्मक गतिविधि के बीच एक व्युत्क्रम संबंध है। एपिजेनेटिक वंशानुक्रम में योगदान करने वाला मेथिलिकरण या तो DNA मेथिलिकरण या प्रोटीन मेथिलिकरण के माध्यम से हो सकता है। मानव जीन के अनुचित मेथिलिकरण से कैंसर सहित रोग का विकास हो सकता ।है[8][9][10] इसी तरह, RNA मेथिलिकरण विभिन्न RNA प्रजातियों में होता है। tRNA, rRNA, mRNA, tmRNA, snRNA, snoRNA, miRNA और वायरल RNA। विभिन्न प्रकार के RNA-मिथाइलट्रांसफेरेज़ द्वारा RNA मेथिलिकरण के लिए विभिन्न उत्प्रेरक रणनीतियों को नियोजित किया जाता है। ऐसा माना जाता है कि RNA मेथिलिकरण पृथ्वी पर जीवन के प्रारंभिक रूपों में DNA मेथिलिकरण से पहले अस्तित्व में था।

N6-मिथाइलडेनोसिन (m6A) यूकेरियोट्स में मौजूद RNA अणुओं (mRNA) में सबसे सामान्य और प्रचुर मात्रा में मेथिलिकरण संशोधन है। 5-मेथिलसीटोसिन (5-mc) भी सामान्यतः विभिन्न RNA अणुओं में होता है। हाल के आंकड़े दृढ़ता से सुझाव देते हैं कि m6A और 5-mc RNA मेथिलिकरण RNA स्थिरता और mRNA अनुवाद जैसी विभिन्न जैविक प्रक्रियाओं के विनियमन को प्रभावित करता है और वह असामान्य RNA मेथिलिकरण मानव रोगों के एटियलजि में योगदान देता है।

प्रोटीन मेथिलिकरण

प्रोटीन मेथिलिकरण सामान्यतः प्रोटीन अनुक्रम में arginine या लाइसिन एमिनो अम्ल अवशेषों पर होता है।[11] {{anchor|Arginine methylation}आर्गिनिन को एक बार (मोनोमेथिलेटेड आर्जिनिन) या दो बार मिथाइलयुक्त किया जा सकता है, या तो दोनों मिथाइल समूहों के साथ एक टर्मिनल नाइट्रोजन (असममित डाइमिथाइलार्जिनिन ) पर या एक दोनों नाइट्रोजेन्स (सिमेट्रिक डाइमिथाइलार्जिनिन) पर, प्रोटीन आर्जिनिन मिथाइलट्रांसफेरेज़ (PRMTs) द्वारा। लाइसिन को एक बार, दो बार या तीन बार लाइसिन मिथाइलट्रांसफेरेज़ द्वारा मिथाइलयुक्त किया जा सकता है। हिस्टोन में प्रोटीन मेथिलिकरण का सबसे अधिक अध्ययन किया गया है। S-एडेनोसिल मेथिओनाइन से हिस्टोन में मिथाइल समूहों का स्थानांतरण हिस्टोन मिथाइलट्रांसफेरेज़ नामक एंजाइम द्वारा उत्प्रेरित होता है। कुछ अवशेषों पर मिथाइलेटेड हिस्टोन जीन अभिव्यक्ति को दबाने या सक्रिय करने के लिए एपिजेनेटिक रूप से कार्य कर सकते हैं।[12][13] प्रोटीन मेथिलिकरण एक प्रकार का अनुवादोत्तर संशोधन है।

विकास

मिथाइल चयापचय बहुत प्राचीन है और यह पृथ्वी पर बैक्टीरिया से लेकर मनुष्यों तक सभी जीवों में पाया जा सकता है, जो शरीर विज्ञान के लिए मिथाइल चयापचय के महत्व को दर्शाता है।[14] वास्तव में, मानव, चूहे, मछली, मक्खी, गोल कृमि, पौधे, शैवाल और सायनोबैक्टीरिया से लेकर प्रजातियों में वैश्विक मेथिलिकरण का औषधीय निषेध उनके जैविक लय पर समान प्रभाव डालता है, जो विकास के दौरान मेथिलिकरण की संरक्षित शारीरिक भूमिकाओं का प्रदर्शन करता है।[15]

रसायन विज्ञान में

कार्बनिक रसायन विज्ञान में मेथिलिकरण शब्द CH3 समूह की डिलीवरी(वितरण) का वर्णन करने के लिए उपयोग की जाने वाली क्षारीकरण प्रक्रिया को संदर्भित करता है।[16]

इलेक्ट्रोफिलिक मेथिलिकरण

मेथिलिकरण सामान्यतः इलेक्ट्रोफिलिक मिथाइल स्रोतों जैसेआयोडोमीथेन[17] डाइमिथाइल सल्फेट,[18][19] डाइमिथाइल कार्बोनेट,[20] या टेट्रामेथिलअमोनियम क्लोराइड का उपयोग करके किया जाता है।[21] कम सामान्य लेकिन अधिक शक्तिशाली (और अधिक खतरनाक) मिथाइलेटिंग अभिकर्मकों में मिथाइल ट्राइफलेट,[22] डायज़ोमेथेन,[23] और मिथाइल फ्लोरोसल्फोनेट ( मैजिक मिथाइल ) सम्मलित हैं। ये सभी अभिकर्मक SN2 न्यूक्लियोफिलिक प्रतिस्थापन के माध्यम से अभिक्रिया करते हैं। उदाहरण के लिए, मिथाइल एस्टर देने के लिए ऑक्सीजन पर कार्बोक्सिलेट को मिथाइलयुक्त किया जा सकता है; एक एल्कोक्साइड नमक RO− इसी तरह एक ईथर ROCH3 देने के लिए मिथाइलयुक्त किया जा सकता है, या एक नया कीटोन उत्पन्न करने के लिए कीटोन एनोलेट को कार्बन पर मिथाइलयुक्त किया जा सकता है।

आयोडोमेथेन का उपयोग करके एक कार्बोज़ाइलिक तेजाब नमक और एक फिनोल का मिथाइलेशन
प्यूडी मेथिलिकरण आयोडोमेथेन और सिल्वर ऑक्साइड का उपयोग करके कार्बोहाइड्रेट के ऑक्सीजन पर मेथिलिकरण के लिए एक विशिष्ट है।[24]
Purdie मेथिलिकरण

एस्चवीलर-क्लार्क मेथिलिकरण

एस्चवीलर-क्लार्क अभिक्रिया एमाइन के मेथिलिकरण के लिए एक विधि है।[25] यह विधि चतुष्कोणीकरण के जोखिम से बचाती है, जो तब होता है जब एमाइन को मिथाइल हलाइड्स के साथ मिथाइलयुक्त किया जाता है।

Eschweiler-Clarke अभिक्रिया का उपयोग मिथाइलयुक्त एमाइन के लिए किया जाता है।

डायज़ोमेथेन और ट्राइमेथिलसिलील्डियाज़ोमेथेन

डायज़ोमेथेन और सुरक्षित एनालॉग ट्राइमेथिलसिलील्डियाज़ोमेथेन मिथाइलयुक्त कार्बोक्जिलिक अम्ल, फ़िनॉल और यहां तक कि अल्कोहल भी:

विधि यह लाभ प्रदान करती है कि उत्पाद मिश्रण से साइड उत्पादों को आसानी से हटा दिया जाता है।[26]

न्यूक्लियोफिलिक मेथिलिकरण

मेथिलिकरण में कभी-कभी न्युक्लेओफ़िलिक मिथाइल अभिकर्मकों का उपयोग सम्मलित होता है। प्रबल रूप से न्यूक्लियोफिलिक मिथाइलेटिंग अभिकर्ताओ में मिथाइल लिथियम(CH3Li) [27] या ग्रिग्नार्ड अभिकर्मक जैसे मिथाइलमैग्नीशियम ब्रोमाइड (CH3MgX) सम्मलित हैं|[28] उदाहरण के लिए, CH3Li कीटोन्स और एल्डिहाइड के कार्बोनिल (C = O) में मिथाइल समूह जोड़ देगा।

मिथाइल लिथियम द्वारा एसीटोन का मिथाइलेशन
हल्के मिथाइलेटिंग अभिकर्ताओ में टेट्रामेथिलटिन, डाइमिथाइलजिंक और ट्राइमिथाइल एल्युमिनियम सम्मलित हैं।[29]

यह भी देखें

जीव विज्ञान विषय

कार्बनिक रसायन शास्त्र विषय

संदर्भ

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बाहरी संबंध

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  • deltaMasses Detection of Methylations after Mass Spectrometry
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