甲基化

在化学科学中，甲基化表示在底物上增加一个甲基，或用一个甲基取代一个原子（或基团）。甲基化是烷基化的一种形式，由一个甲基取代一个氢原子。这些术语通常用于化学、生物化学、土壤科学和生物科学。在生物系统中，甲基化是由酶催化的；这种甲基化可以参与重金属的修饰、基因表达的调节、蛋白质功能的调节和RNA处理。组织样本的体外甲基化也是减少某些组织学染色假象的方法之一。甲基化的反面是去甲基化。

在生物系统中，甲基化是由酶完成的。甲基化可以修改重金属，调节基因表达、RNA加工和蛋白质功能。它已被认为是表观遗传学的一个关键过程。

甲烷生成是由二氧化碳生成甲烷的过程，涉及一系列的甲基化反应。这些反应是由一个厌氧微生物家族所拥有的一组酶来实现的。在反向产甲烷过程中，甲烷充当甲基化剂。

各种各样的酚类经过O-甲基化处理，得到茴香醚衍生物。这个过程由咖啡酰-CoAO-甲基转移酶等酶催化，是木质素的生物合成中的一个关键反应，木质素是植物的主要结构成分，是木质素的前体。植物产生的黄酮类化合物和异黄酮在羟基上有甲基化，即甲氧基键。这种5-O-甲基化会影响黄酮类化合物的水溶性。例如，5-O-甲基染料酶、5-O-甲基杨梅素或5-O-甲基槲皮素，也被称为杜鹃花素。

与泛素和磷酸化一起，甲基化是修改蛋白质功能的一个主要生化过程。最普遍的蛋白质甲基化影响特定组蛋白的精氨酸和赖氨酸残基。否则组氨酸、谷氨酸、天冬酰胺、半胱氨酸都容易被甲基化。其中一些产品包括S-甲基半胱氨酸，N-甲基组氨酸的两种异构体，以及N-甲基精氨酸的两种异构体。

蛋氨酸合成酶从高半胱氨酸（Hcy）再生蛋氨酸（Met）。整个反应将5-甲基四氢叶酸（N5-MeTHF）转化为四氢叶酸（THF），同时将一个甲基转移到Hcy，形成Met。蛋氨酸合成酶可以是依赖钴胺的和不依赖钴胺的。植物两者都有，动物依赖甲基钴胺的形式。在甲基钴胺依赖型的酶中，反应通过乒乓反应的两个步骤进行。酶最初被引向反应状态，从N5-MeTHF向酶结合的钴(Cob)中的Co(I)转移一个甲基，形成甲基-钴(Me-Cob)，现在含有Me-Co(III)并激活了酶。然后，与酶结合的锌配合形成活性硫酸盐的Hcy与Me-Cob反应。被激活的甲基从Me-Cob转移到Hcy硫酸盐，这使Cob中的Co(I)再生，Met从酶中被释放。重金属：砷、汞、镉生物甲基化是将一些重金属元素转化为流动性更强或更致命的衍生物的途径，可以进入食物链。砷化合物的生物甲基化是以形成甲烷醛酸盐开始的。因此，三价无机砷化合物被甲基化，得到甲烷醛酸盐。S-腺苷蛋氨酸是甲基供体。甲醛酸是二甲胂酸的前体，再次通过还原循环（变成甲基胂酸），然后再进行第二次甲基化。相关途径适用于甲基汞的生物合成。表观遗传甲基化DNA/RNA甲基化脊椎动物的DNA甲基化通常发生在CpG位点。

这种甲基化的结果是将胞嘧啶转化为5-甲基胞嘧啶。Me-CpG的形成是由DNA甲基转移酶催化的。在哺乳动物中，DNA甲基化在体细胞中很常见，而CpG位点的甲基化似乎是默认的。人类DNA约有80-90%的CpG位点被甲基化，但有一些区域被称为CpG岛，富含CG（胞嘧啶和鸟嘌呤含量高，由约65%的CG残基组成），其中没有一个被甲基化。这些与56%的哺乳动物基因的启动子有关，包括所有普遍表达的基因。人类基因组的百分之一到二是CpG簇，CpG甲基化和转录活性之间存在着反比关系。有助于表观遗传的甲基化可以通过DNA甲基化或蛋白质甲基化发生。