A folyamatban szabad (mérgezı) formaldehid nem jelenik meg, a reakciók
"vezéreltek" [148]. Az endogén formaldehid mérésén keresztül (dimedon, 2,4-dinitro-fenilhidrazin) a biológiai transzmetilezés egyszerő analitikai módszerekkel követhetı.
Az elmélet érdeme a transzmetilezési reakciók mechanizmusának több lépésben történı értelmezése, az enzimhez kötıdı C1-csoport kötésszerkezetében bekövetkezı vál-tozások árnyalt tárgyalása, valamint az endogén formaldehid tartalom fogalmának értel-mezése. Az elmélet a transzmetilezés mindkét szakaszában megjelenít egy olyan átmene-ti állapotot, amelybıl levezethetı a formaldehid-reakciótermék keletkezése. Elmélyült elméleti megalapozását adja a folyamatnak és magyarázza a biológiai rendszerek endogén formaldehid képzı potenciálját.
Az elmélet kitüntetett szerepet tulajdonít az ún. ”formaldehid generátor”-oknak, a metil-donoroknak. A formaldehid generátorok különbözı anyagcsere-folyamatokban résztvevı endogén , S- és O- metilezett vegyületek. Kiemelt szerepük van az N-metilezett vegyületeknek, pl. a sejtosztódást fokozó metil-lizineknek, a sejtosztódást gátló hidroximetil-arginineknek, vagy az aminosavakból keletkezı kvaternér ammó-nium-vegyületeknek.
A formaldehid generátorok és akceptorok anyagminıségi eloszlása és mennyi-ségi változásai jellemzik a biológiai rendszer fiziológiai állapotát, ill. a specifikus biogén és abiogén stresszhatásokat [149]. A formaldehid generátorok mennyiségének csökkenése és a magas endogén formaldehid szint együttesen élénk demetilezési reakciókra utal. Magas endogén formaldehid szint és az N-metilezett vegyületek mennyiségének növekedése fokozódó metilezési folyamatokat jelez.
A formaldehid-ciklus elméletét célirányosan végzett kísérletek eredményei támasztják alá:
a. A hisztamint hidrogénizotópot (3H) tartalmazó SAM jelenlétében metil-transzferáz enzimmel metilezték Nτ-metil-hisztaminná. A reakciót dimedon (5,5-dimetil-1,3-ciklohexán-dion) jelenlétében végezték, ez utóbbi a formaldehiddel formaldemeton (1,1′,3,3′ -tetraketo-5,5,5′,5′-tetrametil-2,2′-diciklohexilmetán) nevő adduktot képez.
A SAM S-CH2-3H csoportjáról leváló –CH2-3H csoportot 3H-at tartalmazó formal-demetonként azonosították, bizonyítva, hogy a metilezés formaldehiden keresztül valósul meg [30]. (A SAM és dimedon között közvetlenül nem játszódik le reakció.)
b. Bízonyították, hogy a hisztamin emzimatikus metilezésében az L-arginin guanidin-csoportja kulcsszerepet játszik. Patkány vesébıl nyert hisztamin-metil-transzferázban (HNMT) lévı L-arginin molekulák guanidin-csoportjainak ciklohexán-1,2-dionnal történı blokkolása megátolja az Nτ-metil-hisztamin képzıdését [30], azaz a HNMT L-arginin egysége részt vesz az enzimes metilezésben.
c. A mono-hidroximetil-L-arginin fiziológiás körülmények mellett a tetrahidro-folátot (THF) endogén fornaldehiden keresztül metilezi [150]. Feltételezhetı, hogy a transzmetilezési körfolyamatban, N5-metil-tetrahidrofolát (N5-Me-THF; metil-donor) jelenlétében az L-homocisztein endogén formaldehiden keresztül enzimatikusan L-me-tioninná metilezıdik. Kísérletekkel igazolták, hogy az N5-Me-THF-ból enzimreakció-ban, ill. xenobiotikus reakcióban tetrahidro-izokinolin-győrő mellett formaldehid keletkezik [151].
d. A biológiai mintákból mért magas formaldehid szint egyaránt utalhat élénk metilezési, vagy demetilezési folyamatokra. Megkülönböztetésük érdekében növényi részekbıl (pl. levelekbıl) pufferált enzimkivonatot készítettek és ehhez szubsztrátumként ismert mennyiségő SAM-ot és L-metionint adagoltak. Követték a SAM és az L-metionin mennyiségi változásait. A SAM koncentrációjának csökkenése metilezési, az L-metioniné pedig demetilezési folyamatokra utalt [152].
2.1. Az endogén formaldehid elıfordulása a biológiai rendszerekben
A formaldehid földi életünkben közönséges környezetszennyezı anyagnak minısül, amely sok forgalmazott fogyasztási termékben, mint pl. a ruha anyagok, a bútoripari áruk, fertıtlenítı szerek, stb. elıfordul. Légszennyezı komponensként jelenléte a dohányfüstben, a kipufogó gázokban, s általában ipari üzemek levegıjében kimutatható [153,154]. Az exogén eredető formaldehid toxikus és karcinogén.
Többek között a lélegzı rendszeri rákos megbetegedéseket idéz elı. Megállapították [155], hogy a formaldehid inhalálásnak kitett patkányok orrában pikkelyes sejtkarcinóma indukálódott, melynek következtében kiterjedt kutatás indult a formaldehid és az általa okozott patológiás elváltozások közötti kapcsolatok felderítésére. 1977-ben már kimutatták [156], hogy a leukuciták tartalmaznak olyan enzimet, amely képes a metil-tetrahidrofoláto endogén formaldehiddé és tetrahidrofoláttá alakitani. A stressz-szindróma kifejlıdésere ható korábbi megfigyelés szerint a dohánylevelekben mérhetı endogén formaldehid mennyisége TMV vírusfertızés hatására jelentısen megnı[26,157].
9.ábra Az endogén formaldehid mennyiségének változása három teljesen különbözı biológiai mintában (A - disznómáj; B- ecetfalevél; C - Uromyces phaseoli spórák) [23]
Az 9. ábra jól szemlélteti az eltérı biológiai rendszer endogén formaldehid szintjének alakulását [23] a dimedon - mint formaldehid befogó dimedon molekula - mennyiségének függvényében [158]. A dimedon mindig feleslegben volt, s látható, hogy mennyiségének növelésével lépcsızetesen emelkedik az endogén formaldehid mennyisége. Ebbıl következik, hogy a formaldehid fıleg kötött formában van a biológiai rendszerekben jelen, még pedig különbözı molekulákhoz (pl. glutaion, L-arginin), különbözı erısséggel kötötten. Mindez az adott rendszer jellemzésére is használható.
A 10. ábra azt a három fı forrást mutatja be, amely a biológiai rendszerekben mérhetı formaldehid szintet szolgáltatja. E kétségtelenül bonyolult rendszer végtelen változatosság alapja lehet.
10. ábra A formaldehid eredete a biológiai rendszerekben. (A) - a formaldehid en-dogén
képzıdése ellenırzött körülmények között (pl. formaldehid ciklus);
(B) - a formaldehid endogén képzıdése véletlenszerő indukciós hatásra (pl. demetilázok, peroxidázok, szemikarbazid szenzitív aminooxidáz);
(C) - a formaldehid exogén eredete (levegı, ivóvíz, élelmiszerek, stb.) [159]
Az mindemnesetre már tény, hogy a formaldehid normális és nélkülözhetetlen összetevıje valamennyi biológiai rendszernek, fıleg hidroxi-metil-csoportok formájában. A fı formaldehid forrás azonban a biológiai metilezés-demetilezés komplex, dinamikus folyamata (11. ábra).
11.ábra Metilezési és demetilezési reakciókból származó endogén formaldehid [32]
Feltehetıleg gyors formaldehid utak sokasága létezik különbözı szövetekben, hidroxi-metil-csoportokon át kıtıdvén akceptor molekulálhoz. Azok a mechanizmusok azonban gyakorlatilag ismeretlenek, amelyek metilezési és demetilezési folyamatokat szabályozzák. További kérdés az is, hogy vajon enzimatikus metilezési változások okai vagy következményei sejtátalakulásának [160].
Nyilvánvaló ma már, hogy különbözı metilezett vegyületek potenciális formaldehid generátorok, de a metilezés mértéke az és sebessége az enzimkinetikai paraméterek mellett nagy részt akceptor függı. Minadazon által az a felismerés, hogy a különbözı vegyületek enzimatikus metilezése formaldehiden keresztül megy végbe [30] új horizont és lehetıségeket nyit a stressz-kutatásban és más normális és abnormális élı folyamatok megismerésében egyaránt. Ezzel a kör be is zárult egy endogén formaldehid ciklusban [21,23], mint hogy metilezési és demetilezési folyamatok mindig formaldehidet generálnak eredetileg kontrolált körülmények között [23,148].
Lévén a legreaktívíbb molekulák egyike, maga a formaldehid a legkülönbözıbb endogén kis- és makromolekulákkal reagálhat. Mindezekbıl az is következik, hogy a formaldehid nem melléktermék a biológiai rendszerekben, hanem a biológiai világ alapvetı és nélkülözhetetlen összetevıje nagyrészt még ismeretlen funkciókkal, ezért elıfordulásának megismerése, feltérképezése segít szerepeinek megismerésében. Az endogén formaldehidtartalom képet ad a metilezési-demetilezési folyamatok eredı intenzitásáról. A formaldehid tartalom növekedése a metil-csoportok transzferének fokozódását jelzi, csökkenése a kötött formaldehid metil-csoportok formájában történı
"konzerválását" tükrözi vissza.
2.2. Az endogén formaldehid változása a vegetációs idıszakban
Annak ellenére, hogy a növények formaldehid ciklusával ill. endogén formal-dehid és generátoraik tartalmával kapcsolatos kutatások elsısorban a környezeti tényezık hatásának vizsgálatával foglalkoznak, az egyedfejlıdés során tapasztalt determinisztikus változások - az endogén formaldehid ciklus kutatás és a teória kidolgozása szempontjából - alapvetı fontosságúnak bizonyultak. A 12. ábra 31 különbözı fafaj leveleiben a jellemzı vegetációs idıszakokban mért endogén formaldehid tartalmakat és generátorainak mennyiségét sematikusan mutatja be. Az endogén formaladehid szint tavasszal és ısszel nagyon magas. A formaldehid generátor betainok (kvaterner ammónium vegyületek) mennyisége tavasszal magas, s ısszel alacsony. Tavasszal a megemelt endogén formaldehid szint elsısorban betainokat képezı akceptorok metilezését biztosítja., amíg ısszel a betainok fokozodó demetilezıdése indukálja az az endogén formaldehid megismétlıdı emelkedését [131]. Feltételezések szerint a magas ıszi endogén formaldehid tartalmat döntıen un.
nevezett gerjesztett formaldehid (xHCHO) teszi ki, ami a lomb hullást, a levélsejtek apoptózisát elıidézi.
12. ábra Fafajok endogén formaldehid tartalomának és potenciális generátorainak