ในทางวิทยาศาสตร์เคมีการเมทิลเลชันคือการเติมหมู่เมทิลลงบนสารตั้งต้นหรือการแทนที่อะตอม (หรือหมู่) ด้วยหมู่เมทิล การเมทิลเลชันเป็นรูปแบบหนึ่งของการอัลคิเลชันโดย ที่หมู่เมทิลเข้ามาแทนที่ อะตอม ไฮโดรเจน คำ ศัพท์เหล่านี้ใช้กันทั่วไปในวิชาเคมีชีวเคมีวิทยาศาสตร์ดินและชีววิทยา

ในระบบชีวภาพกระบวนการเมทิลเลชันถูกเร่งปฏิกิริยาโดยเอนไซม์กระบวนการเมทิลเลชันดังกล่าวอาจเกี่ยวข้องกับการดัดแปลงโลหะหนักการควบคุมการแสดงออกของยีนการควบคุมการทำงานของโปรตีนและการประมวลผล RNA การเมทิลเลชันของตัวอย่างเนื้อเยื่อ ในหลอดทดลองยังเป็นวิธีหนึ่งในการลดสิ่งแปลกปลอมจากการย้อมสีทางจุลพยาธิวิทยา บางอย่าง กระบวนการตรงข้ามกับ การเมทิลเลชันคือการกำจัดเมทิลเลชัน

ในระบบชีวภาพ การเมทิลเลชันเกิดขึ้นโดยเอนไซม์ การเมทิลเลชันสามารถปรับเปลี่ยนโลหะหนักและสามารถควบคุมการแสดงออกของยีน การประมวลผล RNA และการทำงานของโปรตีน เป็นกระบวนการสำคัญที่อยู่เบื้องหลังเอพิเจเนติก ส์ แหล่งที่มาของหมู่เมทิล ได้แก่เอส -เมทิลเมไทโอนีน เมทิลโฟเลต เมทิลบี12 และไตรเมทิลไกลซีน^{[ 1 ]}

กระบวนการสร้างมีเทนจาก CO2 _{เกี่ยวข้อง กับปฏิกิริยา} เมทิลเลชันหลายชุด ปฏิกิริยาเหล่านี้เกิดจากเอนไซม์ชุดหนึ่งที่อยู่ในจุลินทรีย์แบบไม่ใช้ออกซิเจน^{[ 2 ]}

ในกระบวนการสร้างมีเทนแบบย้อนกลับ มีเทนเป็นตัวสร้างเมทิล^{[ 3 ]}

ฟีนอลหลากหลายชนิดundergoes O -methylation เพื่อให้ได้ อนุพันธ์ ของอะนิโซลกระบวนการนี้ ซึ่งเร่งปฏิกิริยาโดยเอนไซม์ เช่นcaffeoyl-CoA O -methyltransferaseเป็นปฏิกิริยาสำคัญในการสังเคราะห์ลิกนอลซึ่งเป็นสารตั้งต้นของลิกนินองค์ประกอบโครงสร้างหลักของพืช

พืชสร้างฟลาโวนอยด์และไอโซฟลาโวนที่มีการเติมหมู่เมทิลลงบนหมู่ไฮดรอกซิล หรือก็คือพันธะเมทอกซี การเติมหมู่เมทิลที่ตำแหน่ง 5- Oนี้ส่งผลต่อความสามารถในการละลายน้ำของฟลาโวนอยด์ ตัวอย่างเช่น5- O-เมทิลเจนิสเต อิน , 5- O-เมทิลไมริเซตินและ5- O-เมทิลเควอร์เซติน (อะซาเลเอติน)

นอกเหนือจากการยูบิควิติเนชันและการฟอสโฟรีเลชันแล้วการเมทิลเลชันยังเป็นกระบวนการทางชีวเคมีที่สำคัญในการปรับเปลี่ยนการทำงานของโปรตีนการเมทิลเลชันของโปรตีนที่พบมากที่สุดจะส่งผลต่อกรดอะมิโนอาร์จินีนและไลซีนของฮิสโตนบางชนิด นอกจากนี้ ฮิสติดีน กลูตาเมต แอสปาราจีน และซิสเทอีนก็ไวต่อการเมทิลเลชันเช่นกัน ผลิตภัณฑ์บางส่วนเหล่านี้ได้แก่เอส -เมทิลซิสเทอี น ไอ โซเมอร์สองชนิดของเอ็น -เมทิลฮิสติดีน และไอโซเมอร์สองชนิดของเอ็น -เมทิลอาร์จินี น ^{[ 4 ]}

เอนไซม์ เมไทโอนีนซินเทส สร้าง เมไทโอนีน (Met) ขึ้นใหม่จากโฮโมซิสเทอีน (Hcy) ปฏิกิริยาโดยรวมจะเปลี่ยน5-เมทิลเตตระไฮโดรโฟ เลต ( N5 ^- MeTHF) ให้เป็นเตตระไฮโดรโฟเลต (THF) พร้อมกับถ่ายโอนหมู่เมทิลไปยัง Hcy เพื่อสร้าง Met การสังเคราะห์เมไทโอนีนสามารถเกิดขึ้นได้ทั้งแบบที่ขึ้นอยู่กับโคบาลามินและแบบที่ไม่ขึ้นอยู่กับโคบาลามิน พืชมีทั้งสองแบบ ในขณะที่สัตว์จะพึ่งพาแบบที่ขึ้นอยู่กับเมทิลโคบาลามิน

ในรูปแบบของเอนไซม์ที่ขึ้นอยู่กับเมทิลโคบาลามิน ปฏิกิริยาจะดำเนินไปสองขั้นตอนในปฏิกิริยาปิงปอง เอนไซม์จะถูกเตรียมพร้อมให้อยู่ในสถานะที่พร้อมทำปฏิกิริยาโดยการถ่ายโอนหมู่เมทิลจากN ⁵ -MeTHF ไปยัง Co(I) ในโคบาลามิน ที่จับกับเอนไซม์ ((Cob) หรือที่รู้จักกันในชื่อวิตามินบี 12)) ทำให้เกิดเมทิลโคบาลามิน (Me-Cob) ซึ่งขณะนี้มี Me-Co(III) และกระตุ้นเอนไซม์ จากนั้น Hcy ที่ประสานกับสังกะสี ที่จับกับเอนไซม์ เพื่อสร้างไทโอเลตที่พร้อมทำปฏิกิริยาจะทำปฏิกิริยากับ Me-Cob หมู่เมทิลที่ถูกกระตุ้นจะถูกถ่ายโอนจาก Me-Cob ไปยังไทโอเลตของ Hcy ซึ่งจะสร้าง Co(I) ขึ้นใหม่ใน Cob และ Met จะถูกปล่อยออกจากเอนไซม์^{[ 5 ]}

ไบโอเมทิลเลชันเป็นเส้นทางสำหรับการเปลี่ยนธาตุหนักบางชนิดให้เป็นอนุพันธ์ที่เคลื่อนที่ได้ง่ายกว่าหรือเป็นอันตรายมากกว่าซึ่งสามารถเข้าสู่ห่วงโซ่อาหารได้ ไบ โอเมทิล เลชันของ สารประกอบ อาร์เซนิกเริ่มต้นด้วยการก่อตัวของเมทาเนียร์โซเนตดังนั้น สารประกอบอาร์เซนิกอนินทรีย์ไตรวาเลนต์จึงถูกเมทิลเลชันเพื่อให้ได้เมทาเนียร์โซ เนต เอส -อะดีโนซิลเมไทโอนีนเป็นตัวให้เมทิล เมทาเนียร์โซเนตเป็นสารตั้งต้นของไดเมทิลอาร์โซเนตอีกครั้งโดยวัฏจักรของการรีดักชัน (เป็นกรดเมทิลอาร์โซนัส) ตามด้วยการเมทิลเลชันครั้งที่สอง^{[ 6 ]}เส้นทางที่เกี่ยวข้องพบได้ในการเมทิลเลชันของปรอทโดยจุลินทรีย์เป็นเมทิลเมอร์คิวรี

การเมทิลเลชันของ DNAคือการเปลี่ยนไซโตซีนเป็น5-เมทิลไซโตซีนการสร้าง Me-CpG นั้นถูกเร่งปฏิกิริยาโดยเอนไซม์DNA เมทิลทรานสเฟ อเรส ในสัตว์มีกระดูกสันหลัง การเมทิลเลชันของ DNA มักเกิดขึ้นที่ไซต์ CpG (ไซต์ไซโตซีน-ฟอสเฟต-กัวนีน ซึ่งก็คือไซต์ที่ไซโตซีนตามด้วยกัวนีน โดยตรง ในลำดับ DNA) ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม การเมทิลเลชันของ DNA เป็นเรื่องปกติในเซลล์ร่างกาย^{[ 7 ]}และการเมทิลเลชันของไซต์ CpG ดูเหมือนจะเป็นค่าเริ่มต้น^{[ 8 ] [ 9 ]} DNA ของมนุษย์มีไซต์ CpG ประมาณ 80–90% ที่ถูกเมทิลเลชัน แต่มีบางพื้นที่ที่เรียกว่าเกาะ CpGซึ่งอุดมไปด้วย CG (มีปริมาณไซโตซีนและกัวนีนสูง ประกอบด้วยสารตกค้าง CG ประมาณ 65% ) ซึ่งไม่มีการเมทิลเลชันเลย พื้นที่เหล่านี้เกี่ยวข้องกับโปรโมเตอร์ของยีนสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม 56% รวมถึงยีนที่แสดงออกอย่างแพร่หลายทั้งหมด หนึ่งถึงสองเปอร์เซ็นต์ของจีโนมมนุษย์เป็นกลุ่ม CpG และมีความสัมพันธ์ผกผันระหว่างการเมทิลเลชั่นของ CpG กับกิจกรรมการถอดรหัส การเมทิลเลชั่นที่ส่งผลต่อการถ่ายทอดทางพันธุกรรมสามารถเกิดขึ้นได้ทั้งผ่านการเมทิลเลชั่นของ DNA หรือการเมทิลเลชั่นของโปรตีน การเมทิลเลชั่นที่ไม่เหมาะสมของยีนมนุษย์สามารถนำไปสู่การพัฒนาของโรค^{[ 10 ] [ 11 ]}รวมถึงมะเร็ง^{[ 12 ] [ 13 ]}

ในผึ้งการเมทิลเลชั่นของ DNA เกี่ยวข้องกับการตัดต่อทางเลือกและการควบคุมยีนตามงานวิจัยจีโนมิกส์เชิงฟังก์ชันที่ตีพิมพ์ในปี 2556 ^{[ 14 ]}นอกจากนี้ การเมทิลเลชั่นของ DNA ยังเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงการแสดงออกของยีนภูมิคุ้มกันเมื่อผึ้งติดเชื้อไวรัสร้ายแรง^{[ 15 ]}มีบทความวิจัยหลายฉบับที่ตีพิมพ์เกี่ยวกับหัวข้อการเมทิลเลชั่นของ DNA ในแมลงสังคม^{[ 16 ] [ 17 ]}

การเติมหมู่เมทิลใน RNAเกิดขึ้นใน RNA ชนิดต่างๆ เช่นtRNA , rRNA , mRNA , tmRNA , snRNA , snoRNA , miRNAและ RNA ของไวรัส มีการใช้กลยุทธ์เร่งปฏิกิริยาที่แตกต่างกันสำหรับการเติมหมู่เมทิลใน RNA โดย RNA-methyltransferase หลายชนิด เชื่อกันว่าการเติมหมู่เมทิลใน RNA มีอยู่ก่อนการเติมหมู่เมทิลใน DNA ในสิ่งมีชีวิตยุคแรกๆ ที่วิวัฒนาการบนโลก^{[ 18 ]}

N6-methyladenosine (m6A)เป็นการดัดแปลงเมทิลเลชั่นที่พบได้บ่อยที่สุดและมีมากที่สุดในโมเลกุล RNA (mRNA) ที่มีอยู่ในยูคาริโอต 5-methylcytosine (5-mC) ก็พบได้ทั่วไปในโมเลกุล RNA ต่างๆ เช่นกัน ข้อมูลล่าสุดชี้ให้เห็นอย่างชัดเจนว่าการเมทิลเลชั่น RNA แบบ m6A และ 5-mC ส่งผลต่อการควบคุมกระบวนการทางชีวภาพต่างๆ เช่น ความเสถียรของ RNA และการแปล mRNA ^{[ 19 ]}และการเมทิลเลชั่น RNA ที่ผิดปกติมีส่วนทำให้เกิดโรคในมนุษย์^{[ 20 ]}

ในแมลงสังคม เช่น ผึ้ง การเมทิลเลชั่นของ RNA ได้รับการศึกษาในฐานะกลไกเอพิเจเนติกที่เป็นไปได้ซึ่งเป็นพื้นฐานของความก้าวร้าวผ่านการผสมข้ามพันธุ์แบบต่างตอบแทน^{[ 21 ]}

โดยทั่วไปแล้ว การเติมหมู่เมทิลให้กับโปรตีนจะเกิดขึ้นที่ กรด อะมิโนอาร์จินีนหรือไลซีน ในลำดับโปรตีน^{[ 22 ]}อาร์จินีนสามารถถูกเมทิลเลชันได้หนึ่งครั้ง (อาร์จินีนโมโนเมทิลเลชัน) หรือสองครั้ง โดยมีหมู่เมทิลทั้งสองหมู่บนไนโตรเจนปลายหนึ่ง (อะซิเมตริกไดเมทิลอาร์จิ นีน ) หรือหนึ่งหมู่บนไนโตรเจนทั้งสอง (ซิเมตริกไดเมทิลอาร์จินีน) โดยโปรตีนอาร์จินีนเมทิลทรานสเฟอเรส (PRMTs) ไลซีนสามารถถูกเมทิลเลชันได้หนึ่งครั้ง สองครั้ง หรือสามครั้งโดย ไลซีนเมทิลทรานสเฟอเรส การเมทิลเลชันของโปรตีนได้รับการศึกษามากที่สุดในฮิสโตนการถ่ายโอนหมู่เมทิลจากS-อะดีโนซิลเมไทโอนีนไปยังฮิสโตนนั้นถูกเร่งปฏิกิริยาโดยเอนไซม์ที่เรียกว่าฮิสโตนเมทิลทรานสเฟอเรส ฮิ สโตนที่ถูกเมทิลเลชันบนสารตกค้างบางชนิดสามารถทำหน้าที่ทางเอพิเจเนติกส์เพื่อยับยั้งหรือกระตุ้นการแสดงออกของยีน^{[ 23 ] [ 24 ]}การเมทิลเลชันของโปรตีนเป็นประเภทหนึ่งของการดัดแปลงหลังการแปล

เมทิลเมตาบอลิซึมเป็นกระบวนการที่มีมาแต่โบราณและพบได้ในสิ่งมีชีวิตทุกชนิดบนโลก ตั้งแต่แบคทีเรียไปจนถึงมนุษย์ ซึ่งแสดงให้เห็นถึงความสำคัญของเมทิลเมตาบอลิซึมต่อสรีรวิทยา^{[ 25 ]}แท้จริงแล้ว การยับยั้งเมทิลเลชันโดยรวมด้วยยาในสิ่งมีชีวิตหลากหลายชนิด ตั้งแต่มนุษย์ หนู ปลา แมลงวัน หนอนตัวกลม พืช สาหร่าย และไซยาโนแบคทีเรีย ทำให้เกิดผลเช่นเดียวกันกับจังหวะทางชีวภาพของพวกมัน ซึ่งแสดงให้เห็นถึงบทบาททางสรีรวิทยาของเมทิลเลชันที่ได้รับการอนุรักษ์ไว้ในระหว่างวิวัฒนาการ^{[ 26 ]}

คำว่าเมทิลเลชันในเคมีอินทรีย์หมายถึง กระบวนการ อัลคิเลชันที่ใช้อธิบายการส่งมอบกลุ่มCH ₃ ^{[ 27 ]}

^{โดยทั่วไป แล้ว}การเติมหมู่เมทิลจะทำโดยใช้ แหล่งเมทิล อิเล็กโทรฟิลิกเช่นไอโอโดมีเทน [ ^{28 ]} ได เมทิลซัลเฟต^{[ 29 ] [ 30 ]}ไดเมทิลคาร์บอเนต [ ^{31 ]}หรือเตตระเมทิลแอมโมเนียมคลอไรด์ [ ^{32 ] สาร รีเอเจนต์เมทิลเลตที่พบ ได้}น้อยกว่าแต่มีประสิทธิภาพมากกว่า (และอันตรายกว่า) ได้แก่เมทิลไตรฟลูออเรต [ ^{33 ] ได}อะโซมีเทน [ ^{34 ]}และเมทิลฟลูออโรซัลโฟเนต ( เมทิลวิเศษ⁾สารรีเอเจนต์เหล่านี้ทั้งหมดทำปฏิกิริยาผ่านการแทนที่นิวคลีโอฟิลิก S _N 2 ตัวอย่างเช่นคาร์บอกซิเลตอาจถูกเติมหมู่เมทิลที่ออกซิเจนเพื่อให้ได้เมทิลเอสเทอร์เกลืออัลคอกไซด์RO ⁻อาจถูกเติมหมู่เมทิลเพื่อให้ได้อีเทอร์ ROCH ₃หรือคีโตนอีโนเลตอาจถูกเติมหมู่เมทิลที่คาร์บอนเพื่อสร้างคีโตนใหม่

การเมทิลเลชันของ Purdieเป็นการเมทิลเลชันเฉพาะที่ออกซิเจนของคาร์โบไฮเดรตโดยใช้ไอโอโดมีเทนและซิลเวอร์ออกไซด์^{[ 35 ]}

ปฏิกิริยาEschweiler–Clarkeเป็นวิธีการเมทิลเลชันของเอมีนหมู่เมทิลได้มาจากการรวมกันของฟอร์มาลดีไฮด์ (แหล่ง CH ₂ ) และกรดฟอร์มิก ( แหล่ง H ^{- ) [ 36 ]}

R ₂ NH + CH ₂ O + HCO ₂ H → R ₂ NCH ₃ + H ₂ O + CO ₂

วิธีนี้ช่วยหลีกเลี่ยงความเสี่ยงของการเกิดปฏิกิริยาควอเทอร์ไนเซชันซึ่งเกิดขึ้นเมื่ออะมีนถูกเมทิลเลชันด้วยเมทิลเฮไลด์

ไดอะโซมีเทนและสารอะนาล็อกที่ปลอดภัยกว่าอย่างไตรเมทิลไซลิลไดอะโซมีเทนสามารถทำปฏิกิริยาเมทิลเลชันกับกรดคาร์บอกซิลิก ฟีนอล และแม้กระทั่งแอลกอฮอล์ได้:

${\displaystyle {\ce {RCO2H + tmsCHN2 + CH3OH -> RCO2CH3 + CH3Otms + N2}}}$

วิธีนี้มีข้อดีคือสามารถกำจัดผลิตภัณฑ์ข้างเคียงออกจากส่วนผสมของผลิตภัณฑ์ได้ง่าย^{[ 37 ]}

_{บางครั้งการเติม หมู่}เมทิลเกี่ยวข้องกับการใช้รีเอเจนต์เมทิลที่เป็นนิวคลีโอฟิลิก รีเอเจนต์เมทิลเลชันที่เป็นนิวคลีโอฟิลิกอย่างแรง ได้แก่เมทิลลิเทียม₍ CH₃Li ) [ 38 ^{]หรือรี}เอ เจน ต์Grignardเช่นเมทิลแมกนีเซียมโบรไมด์ ( CH₃MgX ) ^{[ 39 ]}ตัวอย่างเช่น_CH₃Liจะเพิ่มหมู่เมทิลให้กับคาร์บอนิล (C=O) ของคีโตนและอัลดีไฮ ด์

สารเมทิลเลตที่อ่อนกว่า ได้แก่เตตราเมทิล ทิน ไดเมทิลซิงค์และไตรเมทิลอะลูมิเนียม^{[ 40 ]}

• การเรียงลำดับดีเอ็นเอด้วยไบซัลไฟต์ – วิธีทางชีวเคมีที่ใช้ในการตรวจสอบว่ามีหรือไม่มีหมู่เมทิลอยู่ในลำดับดีเอ็นเอ
• ฐานข้อมูลการเมทิลเลชั่นดีเอ็นเอMethDB
• เทอร์โมโฟเรซิสระดับไมโคร – วิธีทางชีวฟิสิกส์เพื่อกำหนดสถานะเมทิลเลชันของ DNA ^{[ 41 ]}
• การเติมหมู่เมทิล กลับเข้าไปใหม่ (Remethylation)คือการกำจัดหมู่เมทิลออกจากเมไทโอนีนและ5-เมทิลไซโตซีน แบบย้อนกลับได้

• การอัลคิเลชัน
• เมทอกซี
• การเติมหมู่เมทิลลงในไทเทเนียม-สังกะสี
• น้ำยาเพทาซิส
• น้ำยาไนสเตด
• ปฏิกิริยาของวิททิก
• น้ำยาของเทบเบ

วิกิมีเดียคอมมอนส์มีสื่อที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการเมทิลเลชัน

ค้นหาคำว่า "methylation"ในวิกิพีเดีย ซึ่งเป็นพจนานุกรมออนไลน์ฟรี

• deltaMassesการตรวจจับเมทิลเลชันหลังการวิเคราะห์ด้วยแมสสเปกโทรเมตรี