Formilacija

thumbnail| Formil funkcionalna grupa je prikazana plavom bojom.|173x173piksel
**Formilacija** se odnosi na bilo koji hemijski proces u kojem je spoj funkcionaliziran formil grupom (-=O). U organskoj hemiji, termin se najčešće koristi u vezi sa aromatskim spojevima (naprimjer, konverzija benzena u benzaldehid u Gattermann-Kochovoj reakciji). U biohemiji reakciju kataliziraju enzimi kao što su formiltransferaze.
Formilacija općenito uključuje upotrebu formilacijskih sredstava, reagensa koji dovode do CHO grupe. Među mnogim formilacijskim reagensima, posebno su važni mravlja kiselina i ugljik-monoksid. Reakcija formilacije u organskoj hemiji odnosi se na organske reakcije u kojima je organski spoj funkcionaliziran formil grupom (-CH=O). Reakcija je put do aldehida (*C*-CH=O), formamid a (*N*-CH=O) i format esteri (*O*-CH=O).
 
## Formilacijski agensi
Reagens koji isporučuje formil grupu naziva se **formilacijski agens**.
* Mravlja kiselina
* Dimetilformamid i fosfor oksihlorid u Vilsmeier-Haack reakciji.
* Heksametilentetramin u Duffovoj reakciji i Sommeletovoj reakciji
* Ugljik-monoksid i hlorovoična kiselina u Gattermann-Kochovoj reakciji
* Cijanidiu Gattermannovoj reakciji. Ovaj metod sintetizira aromatske aldehide koristeći hlorovodik i cijanovodonik (ili drugi metalni cijanid kao što je cink-cijanid) u prisustvu Lewisovih kiselih katalizatora:
* Hloroform u Reimer-Tiemannovoj reakciji
* Dihlorometil metil eter u Riecheovoj formilaciji
Posebno važan proces formilacije je hidroformilacija, koja pretvara alkene u homologirani aldehid.

## Aromatska formilacija
ivica|desno|201x201piksel
Reakcije formilacije su oblik elektrofilne aromatične supstitucije i stoga najbolje funkcionišu sa početnim materijalima bogatim elektronima. Fenoli su uobičajeni supstrati, jer lahko deprotoniraju u odlične fenoksidne nukleofile. Može se očekivati ​​da će reagovati i drugi supstrati bogati elektronima, kao što su mesitilen, pirol ili spojeni aromatski prstenovi. Benzen će reagovati pod agresivnim uslovima, ali deaktivirane prstenove kao što je piridin je teško efikasno formilovati.
Mnoge reakcije formilacije će odabrati samo *orto* produkt (npr. salicilaldehid, što se pripisuje privlačenju između fenoksida i formilacionog reagensa. Jonske interakcije su primenjene za kationske centre dušika u Vilsmeier-Haack reakciji i Duffovoj reakciji, i za elektron-deficitarni karben u Reimer-Tiemann reakciji; koordinacija s metalima visoke oksidacije primijenjena je u Casiraghijevoj i Riecheovom formiliranju (usp. Kolbe-Schmittova reakcija).
Direktna reakcija između fenola i paraformaldehida moguća je putem Casiraghijevog formiliranja, ali druge metode primjenjuju maskirane oblike formaldehida, dijelom kako bi se ograničilo stvaranje fenol formaldehidne smole]. Aldehidi su snažno deaktivirajući i kao takvi fenoli obično reaguju samo jednom. Međutim, određene reakcije, kao što je Duffova reakcija, mogu dati dvostruku adiciju.
Formilacija se može primijeniti i na druge aromatične prstenove. Budući da uglavnom počinje nukleofilnim napadom aromatske grupe, gustoća elektrona u prstenu je važan faktor. Poznato je da neki aromatski spojevi, poput pirola, regioselektivno formiliraju.
Formilacija benzenskih prstenova može se postići putem Gattermannove reakcije i Gattermann-Kochove reakcije. One uključuju katalizu jakom kiselinom i odvijaju se na način sličan Friedel-Craftsovoj reakciji.
## Alifatska formilacija 
Hidroformilacija alkena je najvažnija metoda za dobijanje alifatskih formila (tj. aldehida). Reakcija je uglavnom ograničena na industrijska okruženja. Postoji nekoliko specijalizovanih metoda za sintezu u laboratorijskim uslovima, uključujući Sommeletovu reakciju, Bouveaultovu sintezu aldehida ili Bodroux-Chichibabinovu sintezu aldehida.
 
## Reakcije formilacije u biologiji 
U biohemiji, dodavanje formil funkcionalne grupe se naziva "formilacija". Formil funkcionalna grupa se sastoji od karbonila vezanog za vodonik. Kada je vezana za R grupu bočnog lanca, formil grupa se naziva aldehid.
Formilacija je identifikovana u nekoliko kritičnih bioloških procesa. Za metionin su prvi put otkrili da se formiluje u *E. coli* od strane Marckera i Sangera 1964. godine. a kasnije je utvrđeno da je uključen u inicijaciju sinteze proteina u bakterijama i organelama. Formiranje *N*-formilmetionina katalizira enzim metionil-tRNK transformilaza. Pored toga, u *de novo* biosintezi purina javljaju se dvije reakcije formilacije. Ove reakcije kataliziraju enzimi glicinamid ribonukleotid (GAR) transformilaza i 5-aminoimidazol-4-karboksiamid ribotid (AICAR) transformilaza. Nedavno je otkriveno da je formilacija modifikacija histona, koja može modulirati ekspresiju gena.
### Metanogeneza
[thumb|256x256px| Ciklus za [metanogeneza|metanogenezu, koji pokazuje početnu formilaciju metanofurana ]]
Formilacija metanofurana pokreće ciklus metanogeneze. Formil grupa nastaje iz ugljen-dioksida i pretvara se u metan.
### Formilacija u sintezi proteina
thumbnail| Metionil tRNKfMet transformilaza u kompleksu s inicijatorom formilmetionil tRNKfMet. Renderirano iz PDB 2FMT.|228x228piksel
Kod bakterija i organela, početak sinteze proteina signaliziran je formiranjem formil-metionil-tRNK (tRNKfMet). Ova reakcija zavisi od 10-formiltetrahidrofolata i enzima metionil-tRNK formiltransferaze.
 
##### Mehanizam
[thumbnail| [Aktivno mjesto PurN GAR-a transformirano je u kompleksu s inhibitorom na bazi folata 5-deaza-5,6,7,8-tetrahidrofolatom (5dTHF). α-amino grupa GAR-a (ružičasta) nalazi se u položaju koji bi napao N10-formatnu grupu na inhibitoru na bazi folata (žuta). Asn 106, His 108 i Asp 144 su obojeni zeleno. Renderirano iz PDB 1CDE.]]
Pretpostavlja se da se reakcija formilacije odvija direktnom reakcijom prijenosa u kojoj amino grupa GAR-a nukleofilno napada N10-formil-THF, stvarajući tetraedarski međuprodukt.
thumb|393x393px|center| Mehanizam PurN GAR transformilaze
 
##### PurT GAR transformilaza
PurT GAR transformilaza zahtijeva format kao donor formila i ATP za katalizu. Procijenjeno je da PurT GAR transformilaza provodi 14-50% GAR formilacija u *E. coli*. Enzim je član ATP-hvatanja natporodice proteina.
 
##### Mehanizam
Za PurT GAR transformilazu predložen je sekvencijalni mehanizam u kojem se pretpostavlja da se prvo formira kratkotrajni formil fosfatni međuprodukt. Ovaj formil fosfatni međuprodukt zatim podliježe nukleofilnom napadu GAR amina radi prijenosa formil grupe. Formil fosfatni međuprodukt je otkriven u eksperimentima mutageneze, u kojima je mutant PurT GAR transforimilaza imao slab afinitet za format. Također je predloženo da se formira enzimski fosfatni međuprodukt koji prethodi formilfosfatnom međuproduktu, na osnovu studija pozicijske izmjene izotopa.
Formilacija se najčešće detektira na 19 različitih mjesta modifikacije na histonu H1. Genetička ekspresija ćelije je u velikoj mjeri poremećena formilacijom, što može uzrokovati bolesti poput raka. Razvoj ovih modifikacija može biti posljedica oksidativnog stresa. Dobijeni formilfosfat se zatim može koristiti za formilaciju lizina. Vjeruje se da oksidativni stres ima ulogu u dostupnosti ostataka lizina na površini proteina i mogućnosti njihovog formiliranja. thumb|400 px|center| Formil fosfat je predloženi produkt oksidativnog oštećenja DNK.
 
## Formilacija u medicini
### Reakcije formilacije kao meta lijekova
thumbnail|right| Hemijska struktura lometreksola
Inhibicija enzima uključenih u biosintezu purina iskorištena je kao potencijalna meta lijeka za hemoterapiju.
Ćelijama raka potrebne su visoke koncentracije purina kako bi se olakšala dioba i imaju tendenciju da se oslanjaju na *de novo* sintezu, a ne na putem spašavanja nukleotida. Razvijeno je nekoliko inhibitora na bazi folata koji inhibiraju reakcije formilacije putem GAR transformilaze i AICAR transformilaze. Prvi inhibitor GAR transformilaze, Lometreksol [(6R)5,10-metilentetrahidrofolat], razvijen je 1980-ih godina saradnjom između Eli Lilly i akademskih laboratorija.
Iako je po strukturi sličan N10-formil-THF-u, lometreksol nije sposoban za izvođenje reakcija prijenosa jednog ugljika. Sekvenciranje egzoma korišteno je za identifikaciju mutacije u genu koji kodira mitohondrijsku metionil-tRNK formiltransferazu (MTFMT) kod pacijenata sa Leighovim sindromom. Vjeruje se da mutacija c.626C>T identificirana kod MTFMT-a, koja uzrokuje simptome Leighovog sindroma, mijenja spajanje egzona, što dovodi do mutacije pomjeranja okvira čitanja i preranog stop kodona. Utvrđeno je da osobe s mutacijom MTFMT c.626C>T imaju smanjene nivoe fMet-tRNAMet i promjene u nivou formilacije mitohondrijski translatiranog COX1. Ova veza pruža dokaze o neophodnosti formiliranog metionina u inicijaciji ekspresije određenih mitohondrijskih gena.
## Također pogledajte
* Hidroformilacija
* Hidroacilacija
* *N*-Formilmetionin
## Reference
Kategorija:Proteini
Kategorija:Posttranslacijske modifikacije