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图11-31 详细介绍了—碳单位进入THF和各种氧化态互变的全部酶促反应。N⁵—甲基四氢叶酸能直接氧化成N⁵,N¹⁰—亚甲基四氢叶酸，再进一步氧化成N⁵,N¹⁰—次甲基四氢叶酸。由N⁵,N¹⁰—次甲基四氢叶酸形成N⁵,N¹⁰—亚胺基甲基、N⁵—甲酰基和N¹⁰—甲酰基四氢叶酸（所有这些在同一氧化态上），或者能透过由四氢叶酸本身一碳加成反应形成。—碳单位并入四氢叶酸的主要途径是甘氨酸羟甲基转移酶（serine hydroxymethyltransferase）反应，转换丝氨酸成甘氨酸和形成N⁵,N¹⁰—亚甲基四氢叶酸。甘氨酸、组氨酸和甲酸是—碳单位的来源，如图11-31所示。
对于甲硫氨酸，嘌呤类和胸腺嘧啶的生物合成途径依赖于由四氢叶酸衍生物并入一碳单位（图11-32）。甲硫氨酸的甲基是在依赖维生素$B_{12}$的反应中（见上）从$N^{5}$-甲基四氢叶酸得到的。胸苷酸合成酶(thymidylate synthase)的反应中在脱氧尿苷-磷酸(dUMP)的C-5位置上引入一个甲基而形成dTMP。$N^{10}$-甲酰基四氢叶酸和$N^{5}$，$N^{10}$-亚甲基四氢叶酸是转甲酰酶(transformylase)反应的甲酰基供体。标出的嘌呤环的二个碳原子是来自$N^{10}$-甲酰基四氢叶酸（图11-32）。
$\smiles{CN1C2=C(NC(=O)C(N)=N2)NC[C@@H]1CNC([R])=N}\rightarrow\smiles{CSCCC@HC(=O)[O-]}$
$\smiles{NC1=NC2=C(NC(=O)1)N3CNC(CN3C2)CNC([R])=N}\rightarrow\smiles{CC1=CN(C(=O)NC1=O)[C@H]2CC@@HC@HO2}$
$\smiles{NC1=NC2=C(NC(=O)N1)NCC(CNC([R])N(C=O)[H+])N2}\rightarrow\smiles{O=CNC(CCSC)C(=O)*}$
$\smiles{NC1=NC2=C(NC(=O)N1)NCC(CNC([R])N(C=O)[H])N2}\rightarrow\smiles{O=C1NC=NC2=C1N=CN2[C@H]3OC@HC@@H[C@H]3O}$
图 11-32 被 THF 形式催化的某些典型的一碳转移反应
能使叶酸、二氢叶酸和四氢叶酸相互转换的二氢叶酸还原酶近几年受到很大的注意，因为它显然是几种抗肿瘤药物，包括氨甲蝶呤(amethopterin或methotrexate)和氨基蝶呤的作用部位(图11-33)。这些分子是二氢叶酸还原酶有力的抑制剂。因为细胞生长需要一碳单位THF化合物合成嘌呤和胸腺嘧啶，氨甲蝶呤及其类似物是肿瘤生长的有效阻断物。这些药物对正常细胞也有毒性，氨甲蝶呤也仅能用于短期治疗。
由于叶酸与核酸的合成有关，当叶酸缺乏时，DNA合成受到抑制，骨髓巨红细胞中DNA合成减少，细胞分裂速度降低，细胞体积较大，细胞核内染色质疏松，称巨红细胞，这种红细胞大部分在骨髓内成熟前就