Malonyl CoA (524-14-1) Physikalische und Chemische Eigenschaften
Malonyl CoA
Zentrale Acyl‑CoA metabolische Verbindung, häufig verwendet als biochemisches Reagenz und Referenzstandard in der Lipidstoffwechselanalyse, Enzymassays und metabolischen Ingenieurverfahren.
| CAS-Nummer | 524-14-1 |
| Familie | Fettsäure-Acyl‑CoA (Acyl‑CoA) Derivate |
| Typische Form | Pulver oder kristalliner Feststoff |
| Gängige Reinheitsgrade | EP |
Malonyl CoA ist ein Coenzym A (CoA) Derivat und gehört zur strukturellen Klasse der Fettsäure-Acyl–CoAs; chemisch ist es der S‑Malonylthioester von Coenzym A. Das Molekül verbindet eine Malonyl-(Propandioyl-)Acyl-Einheit mit dem großen, multifunktionalen CoA-Grundgerüst, das ein Adenosin-3',5'‑diphosphat-Ribose, einen Pantetheinarm und eine terminale Thiolgruppe enthält, die die Thioesterbindung bildet. Strukturell resultiert daraus ein hochmolekulares, polyfunktionelles oligopolares Molekül mit mehreren Phosphatestern, einer Carboxylatgruppe, zahlreichen Hydroxyl- und Amidbindungen sowie einer Thioesterbindung, die die Malonylgruppe an CoA koppelt.
Elektronisch und physikochemisch dominieren die dicht substituierten polaren Kopfgruppen (drei Phosphatfunktionen sowie mehrere Hydroxyl- und Amidgruppen) und die geladene Carboxylat-/Thioesterregion. Die hohe topologische polare Oberfläche und die Vielzahl an Wasserstoffbrücken-Donoren/-Akzeptoren führen dazu, dass die neutrale kanonische Form der kovalenten Struktur in der Praxis stark hydrophil ist; bei physiologischem \(\mathrm{pH}\) liegt die Verbindung überwiegend als mehrfach deprotoniertes Anion vor (biologisch relevante Ionenformen umfassen Spezies beschrieben als \(\ce{malonyl-CoA^{5-}}\) und verwandte Protonierungszustände). Aufgrund dieser starken Polarität und der formal mehrfach negativen Ladung in physiologischen Medien ist die passive transmembranäre Permeabilität gering, und zur intrazellulären Verteilung ist Membrankontakt oder Proteinbindung erforderlich.
Biochemisch ist Malonyl CoA ein zentraler Zwei-Kohlenstoff-Spender und regulatorischer Metabolit in der Fettsäuresynthese und verwandten Lipidstoffwechselwegen. Es dient sowohl als Substrat für die Fettsäuresynthase als auch als Regulator des mitochondrialen Fettsäureimports durch Hemmung der Carnitin O‑Palmitoyltransferase. In zellulären und organismischen Kontexten wird es eng von synthetischen und abbauenden Enzymen (z. B. Acetyl-CoA-Carboxylase und Malonyl-CoA-Decarboxylase) kontrolliert, und Störungen seiner Homöostase sind an Stoffwechselerkrankungen beteiligt, die den Fettsäureabbau und Energiestoffwechsel beeinträchtigen. Gängige kommerzielle Reinheitsgrade für diesen Stoff umfassen: EP.
Molekularer Überblick
Molekulargewicht und Zusammensetzung
- Molekulare Formel: \(\ce{C24H38N7O19P3S}\).
- Molekulargewicht (berechnet): \(853.6\ \mathrm{g\,mol^{-1}}\).
- Exakte/monoisotopische Masse: \(853.11560417\ \mathrm{Da}\).
- Anzahl schwerer Atome: 54.
- Definierte Stereozentren: 5.
Die Zusammensetzung spiegelt die Fusion der Malonyl-Acyl-Einheit mit dem großen CoA-Grundgerüst wider; die drei Phosphatgruppen und zahlreiche Sauerstoffatome tragen den Großteil der Molekülmasse und der polaren Oberfläche bei.
Ladung, Polarität und LogP
- Formale Ladung (kanonisch berechnet): 0 (neutrale kovalente Form).
- Berechneter XLogP3: \(-5.9\).
- Topologische polare Oberfläche (TPSA): 426.
- Wasserstoffbrücken-Donoren: 10.
- Wasserstoffbrücken-Akzeptoren: 24.
- Anzahl rotierbarer Bindungen: 22.
Interpretation: Der sehr negative XLogP und die extrem hohe TPSA kennzeichnen Malonyl CoA als hochwasserlösliche, stark polare Verbindung. Die Kombination aus mehreren ionisierbaren Phosphat- und Carboxylatgruppen resultiert in starker Hydratation und hoher Kapazität für Wasserstoffbrücken; folglich ist die Lipophilie sehr gering, und das Molekül bevorzugt wässrige Phasen und Proteininteraktionen gegenüber der Partitionierung in Lipiddoppelschichten ohne erleichterten Transport.
Biochemische Klassifikation
- Strukturelle Klasse: Fettsäure-Acyl-CoAs (Fettsäure-Acyl–CoA-Derivate).
- Funktionelle Klasse: Coenzym A Derivat; metabolischer Intermediat in der Fettsäuresynthese und Regulator des Fettsäureabbaus.
Als S‑Malonyl-Derivat von Coenzym A ist die Verbindung ein kanonischer Baustein für Kettenverlängerungsreaktionen in Fettsäuresynthase-Systemen sowie ein wichtiger regulatorischer Metabolit, der die Aktivität der Acetyl-CoA-Carboxylase mit nachgelagertem Lipidstoffwechsel verknüpft.
Chemisches Verhalten
Stabilität und Abbau
Es liegen keine experimentell quantifizierten Stabilitätswerte (z. B. Haltbarkeit oder kinetische Hydrolyseraten) im aktuellen Datenkontext vor. Qualitativ enthält das Molekül eine labile Thioesterbindung und mehrere Phosphatesterverbindungen; diese funktionellen Gruppen sind anfällig für hydrolytische Spaltung unter stark sauren oder basischen Bedingungen und für enzymatische Hydrolyse unter physiologischen Bedingungen. Die voluminöse und hochfunktionalisierte CoA-Rückgratstruktur verleiht dem Molekül Konformationsflexibilität, ist jedoch zu groß für routinemäßige Konformergenerierung kleiner Moleküle in standardisierten automatisierten Verfahren.
Hydrolyse und Umwandlungen
Die enzymatische Umwandlung dominiert die biologisch relevante Reaktivität: Malonyl‑CoA ist Substrat für Decarboxylasen und Transferasen. Wesentliche Umwandlungen umfassen:
- Enzymatische Decarboxylierung zur Bildung von Acetyl‑CoA und Kohlendioxid, katalysiert durch Malonyl‑CoA-Decarboxylase.
- Thioester-Hydrolyse zur Freisetzung von freiem Coenzym A und Bernsteinsäure (bzw. dessen deprotonierten Formen), entweder enzymatisch oder unter starken chemischen hydrolytischen Bedingungen.
- Übertragung der Malonyl-Einheit auf Trägerproteine oder Acyl-Carrier-Domänen während Kettenverlängerungsreaktionen (Transferase-Aktivitäten).
Nicht-enzymatischer chemischer Abbau verläuft unter neutralen, gepufferten wässrigen Bedingungen üblicherweise langsamer, nimmt jedoch bei extremem pH-Wert oder in Gegenwart von Nukleophilen zu, die Phosphatester oder die Thioestercarbonylgruppe angreifen können.
Biologische Rolle
Funktionelle Rolle und Stoffwechselwege
Malonyl CoA ist die verpflichtete Zwei-Kohlenstoff-Verlängerungseinheit in der de novo Fettsäuresynthese: Es wird aus Acetyl-CoA carboxyliert und dient als Spender von zwei-Kohlenstoff-Einheiten während aufeinanderfolgender Kondensations- und Reduktionszyklen, die von der Fettsäuresynthase (und verwandten Polyketidsynthase-Systemen) durchgeführt werden. Es fungiert außerdem als regulatorischer Metabolit durch Hemmung der Carnitin O‑Palmitoyltransferase-Aktivität, wodurch die mitochondriale Aufnahme von langkettigen Acyl-CoAs moduliert und das Gleichgewicht zwischen Fettsäuresynthese und -abbau reguliert wird. Dokumentierte Stoffwechselpfadassoziationen umfassen die Fettsäuresynthese und mehrere Stoffwechselerkrankungen, bei denen der Malonyl‑CoA-Stoffwechsel gestört ist.
Physiologischer und Zellulärer Kontext
Beschriebene Gewebeorte umfassen Fettgewebe, Leber, Pankreas, Skelettmuskulatur und Fibroblasten. Die zelluläre Lokalisation umfasst zytosolische und mikrosomale Kompartimente für die Biosynthese mit regulatorischen Effekten auf den mitochondrialen Fettsäureimport und Rollen im peroxisomalen Stoffwechsel. Intrazelluläre Konzentrationen werden strikt durch Acetyl-CoA-Carboxylase (Synthese) und Malonyl‑CoA‑Decarboxylase (Abbau) reguliert, und Störungen dieser Enzyme verändern den Fluss durch lipidbiosynthetische und katabolische Wege.
Identifikatoren und Synonyme
Registernummern und Codes
- CAS-Nummer: 524-14-1
- EC-Nummer (bezüglich Enzyminhibitionshinweis): assoziiert mit Carnitin O‑Palmitoyltransferase (EC 2.3.1.21) in funktionalen Beschreibungen.
- EC-Nummern für Enzyme, die auf die Verbindung wirken, sind kontextabhängig; spezifische Enzymidentifikatoren sollten in Enzymdatenbanken oder Produktdokumentationen überprüft werden.
- InChI:
InChI=1S/C24H38N7O19P3S/c1-24(2,19(37)22(38)27-4-3-13(32)26-5-6-54-15(35)7-14(33)34)9-47-53(44,45)50-52(42,43)46-8-12-18(49-51(39,40)41)17(36)23(48-12)31-11-30-16-20(25)28-10-29-21(16)31/h10-12,17-19,23,36-37H,3-9H2,1-2H3,(H,26,32)(H,27,38)(H,33,34)(H,42,43)(H,44,45)(H2,25,28,29)(H2,39,40,41)/t12-,17-,18-,19+,23-/m1/s1 - InChIKey:
LTYOQGRJFJAKNA-DVVLENMVSA-N - SMILES:
CC(C)(COP(=O)(O)OP(=O)(O)OC[C@@H]1[C@H]([C@H]([C@@H](O1)N2C=NC3=C(N=CN=C32)N)O)OP(=O)(O)O)[C@H](C(=O)NCCC(=O)NCCSC(=O)CC(=O)O)O - Weitere gemeldete Registerkennungen: UNII LNB9YCJ9F9; ChEBI CHEBI:15531; ChEMBL CHEMBL1234355; DrugBank DB04524; HMDB HMDB0001175; KEGG C00083 / C03188.
(Die oben angegebenen Identifikatoren stammen wortwörtlich aus Registern und Lieferantendetails, die für den Stoff gemeldet wurden.)
Synonyme und biologische Bezeichnungen
Gängige und einreicherspezifische Synonyme umfassen (Auswahl): Malonyl-Coenzym A; Malonyl CoA; malonyl‑CoA; MALONYL COENZYME A; CoA, Malonyl; Coenzym A, Malonyl; S‑Malonyl‑CoA; S‑(Hydrogen malonyl)coenzyme A; S‑(hydrogen propanedioate) CoA; omega‑Carboxyacyl‑CoA. Diese Bezeichnungen spiegeln dieselbe kovalente Struktur oder eng verwandte Nomenklaturkonventionen wider, die in biochemischen Zusammenhängen verwendet werden.
Sicherheits- und Handhabungsübersicht
Malonyl CoA ist ein nichtflüchtiger, hochmolekularer biochemischer Metabolit, der von Herstellern typischerweise als Feststoff oder als gefrorenes/lyophilisiertes Material geliefert wird. Es gelten allgemeine Vorsichtsmaßnahmen für den Umgang und die Lagerung von biochemischen Reagenzien in Laborqualität:
- Verwenden Sie geeignete persönliche Schutzausrüstung (Handschuhe, Schutzbrille und Laborkittel) sowie technische Schutzmaßnahmen (Abzug oder gut belüfteter Bereich) beim Abwiegen oder Herstellen von Lösungen, um Staubentwicklung und direkten Hautkontakt zu vermeiden.
- Reduzieren Sie die Exposition gegenüber Bedingungen, die die Hydrolyse beschleunigen (extremer pH-Wert, längere Lagerung in wässriger Lösung), und lagern Sie das Material gemäß den Angaben des Lieferanten; produktspezifische Lagerungsbedingungen (z. B. Kühlung oder Gefrierlagerung, Trockenhaltung) und Stabilitätsinformationen sind zu beachten.
- Wie bei allen biochemischen Reagenzien ist eine Freisetzung in die Umwelt zu vermeiden und Abfälle sind nach den institutionellen Vorgaben zu entsorgen. Für detaillierte Angaben zu Gefahren, Transport und Regulierung sollten Anwender das produktspezifische Sicherheitsdatenblatt (SDS) und lokale Vorschriften konsultieren.
Handhabung und Lagerung biochemischer Materialien
Bei Verwendung als analytischer Standard oder Reagenz verringert Aliquotierung und Lagerung unter inerten Bedingungen (niedrige Temperatur, Ausschluss von Feuchtigkeit) den hydrolytischen Abbau. Da das Molekül biologisch aktiv ist und an Stoffwechselwegen beteiligt ist, sollte eine Kontamination biologischer Systeme vermieden werden, es sei denn, die Experimente sind auf die Untersuchung metabolischer Effekte ausgelegt. Für Beschaffung und Qualitätskontrolle sind für den jeweiligen Verwendungszweck (Forschung, analytische oder klinische Anwendungen) geeignete Qualitäten auszuwählen und bei Bedarf eine Begleitdokumentation (Analysezertifikat) vom Lieferanten anzufordern.
