Reacción de acetilación

Acetilación Significado y Definición

La acetilación es una reacción química en la que se añade un grupo acetilo a un compuesto en lugar de un átomo de hidrógeno. Un grupo acetilo es un grupo funcional químico compuesto por un grupo carbonilo (un carbono unido por doble enlace a un oxígeno) y un grupo metilo (un carbono unido a tres hidrógenos). La desacetilación es la reacción inversa, en la que un grupo acetilo se reemplaza por un átomo de hidrógeno.

Acetilación del ácido 2-hidroxibenzoico

reacción de acetilación

La reacción de acetilación ocurre entre un nucleófilo (centro rico en electrones) y el grupo acetilo electrofílico (centro pobre en electrones). Ambos se conocen como reactivos. El compuesto unido al grupo acetilo en los reactivos debe ser un buen grupo saliente; debe ser lo suficientemente estable después de que se elimine el grupo acetilo. Además, las reacciones de acetilación generalmente requieren ambientes ácidos, ya que esto facilita la protonación, y el mecanismo de reacción requiere que el oxígeno del carbonilo del grupo acetilo en los reactivos sea protonado antes de que la reacción pueda continuar. Los productos de una reacción de acetilación son el grupo saliente, que estaba unido al grupo acetilo en los reactivos, y el nucleófilo, que ahora está unido al grupo acetilo.

En la acetilación del ácido 2-hidroxibenzoico (ver imagen), el alcohol del ácido 2-hidroxibenzoico es un nucleófilo suficientemente fuerte y el ácido carboxílico es un grupo saliente suficientemente bueno. El hidrógeno unido al alcohol se reemplaza por un grupo acetilo del anhídrido de acetilo. Los grupos de alcohol (-OH) y los grupos de amina (NH2) son buenos nucleófilos y comúnmente se acetilan en las reacciones de acetilación.

Mecanismo de reacción de acetilación

El mecanismo de una reacción de acetilación se puede dividir en tres pasos: (1) protonación del grupo acetilo, (2) ataque nucleofílico y (3) salida del grupo saliente. El mecanismo de acetilación comienza con la protonación del grupo acetilo por un ácido fuerte. Esto da como resultado dos iones con carga opuesta; el compuesto unido a acetilo tiene carga positiva y el ácido desprotonado (ahora una base conjugada) tiene carga negativa. A continuación, el nucleófilo (el oxígeno del alcohol en el ejemplo que se muestra) ataca el centro de carbono del grupo acetilo protonado.

Finalmente, comienza la salida del grupo saliente. El nuevo compuesto unido al anhídrido acético es ácido y fácilmente dona el protón a la base conjugada en la solución. El ácido protona el grupo saliente (el oxígeno central del anhídrido acético, ahora un grupo saliente de ácido carboxílico). Un par de electrones solitarios en el alcohol acetílico reemplaza a los que unen el ácido carboxílico cargado positivamente, y el par de electrones que une el ácido carboxílico al grupo acetilo ahora reside únicamente en el alcohol carboxílico. Como los electrones que unen el ácido carboxílico al grupo acetilo residen únicamente en el alcohol carboxílico, el ácido carboxílico puede separarse libremente en la solución. En el paso final, una base conjugada elimina un protón del grupo acetilo para formar el producto acetilado neutro.

Mecanismo de acetilación del precursor del ácido 2-hidroxibenzoico de aspirina

Ejemplos de reacciones de acetilación

Las reacciones de acetilación se encuentran comúnmente en el desarrollo farmacéutico y en procesos biológicos:

• La acetanilida es un analgésico y un análogo del paracetamol, el ingrediente activo de Tylenol. Se utiliza una reacción de acetilación para convertir la anilina precursora en acetanilida.

Reacción de acetilación de anilina

• En la acetilación biológica, la acetilación a menudo está mediada por una enzima acetiltransferasa. La acetilación de la anilina está mediada por la coenzima A (CoA) y la N-acetiltransferasa.

Acetilación de anilina mediada por enzimas

Acetilación de lisina

La acetilación de lisina , una reacción de acetilación, se produce como parte de la regulación de la expresión génica a través de su efecto sobre la interacción entre las proteínas histonas y el ADN.

ADN del paquete de proteínas histonas

Las histonas son una colección de proteínas ricas en aminoácidos lisina y arginina con carga positiva, que se unen fácilmente al ADN, que tiene carga negativa. Facilitado por una serie de proteínas, el ADN se envuelve firmemente alrededor de colecciones de proteínas histonas, formando nucleosomas, la unidad fundamental de la cromatina en las células eucariotas. Los nucleosomas se asocian entre sí, formando estructuras de orden superior y compactando aún más el ADN. Sin embargo, no toda la cromatina está igualmente empaquetada de esta manera, y este empaquetamiento desigual es esencial para la regulación de la expresión génica. Las enzimas de transcripción que copian el ADN en el ARN utilizado para codificar proteínas pueden acceder más fácilmente al ADN empaquetado libremente. Cuando la cromatina está muy empaquetada, estas enzimas de transcripción no pueden acceder fácilmente al ADN, lo que dificulta la transcripción del ARN y la producción de proteínas.

La acetilación de lisina aumenta la expresión génica

La acetilación de los residuos de lisina en las histonas cambia la cadena lateral de amina con carga positiva a carga neutra (consulte la imagen Acetilación y desacetilación de lisina catalizada por enzimas). Este cambio da como resultado una menor atracción entre la proteína histona y el ADN cargado negativamente y un empaquetamiento de ADN más suelto. La desacetilación tiene el efecto contrario, aumentando el número de aminoácidos de lisina cargados positivamente. Cuando las histonas se desacetilan, se empaquetan con más fuerza. Por lo tanto, la acetilación de lisina aumenta la expresión génica y la desacetilación de lisina disminuye la expresión génica.

Acetilación y desacetilación de lisina catalizada por enzimas (el grupo acetilo se muestra en rojo)

Enzimas de acetilación y desacetilación de lisina

La acetilación y desacetilación de histonas están mediadas por las enzimas histona acetiltransferasa (HAT) y las histona desacetilasas (HDAC). Algunos HAT y HDAC pueden acetilar y desacetilar la cadena lateral amino de la lisina (que se muestra en la imagen Acetilación de lisina). Otros HAT acetilan el extremo N de las proteínas histonas, el lado amino de toda la cadena de aminoácidos de las histonas. Las HDAC específicas desacetilan las cadenas laterales de lisina y los extremos N de las histonas. Esta desacetilación de la lisina puede ocurrir por hidrólisis (se consume una molécula de agua durante la reacción), o cuando está mediada por una clase separada de proteínas llamadas sirtuinas dependientes de NAD.

Resumen de la lección

Una reacción de acetilación es aquella en la que se añade un grupo funcional acetilo a un compuesto. Un grupo funcional acetilo está compuesto por un grupo carbonilo (doble enlace carbono-oxígeno) unido a un grupo metilo. Una reacción de desacetilación o desacetilación es el proceso inverso, en el que se elimina un grupo acetilo de un compuesto. Las reacciones de acetilación requieren que el grupo acetal esté unido a un grupo saliente estable y que el compuesto a acetilar sea rico en electrones (nucleófilo). Las reacciones de acetilación generalmente ocurren cuando el nucleófilo (generalmente un grupo -OH o -NH2) ataca el carbono carbonilo del grupo acetilo.

Las reacciones de acetilación son reacciones esenciales en el desarrollo de fármacos, así como en los procesos biológicos. La acetilación de la anilina da como resultado la acetanilida, un analgésico. La acetilación también juega un papel importante en la regulación de la expresión génica. La acetilación de lisina en proteínas histonas aumenta la expresión génica, mientras que la desacetilación disminuye la expresión génica. La acetilación y la desacetilación biológicas suelen estar mediadas por enzimas denominadas acetiltransferasas y desacetilasas.