N-ACETIL-beta-D-GLUCOSAMINA (1398-61-4) Propiedades Físicas y Químicas
N-ACETIL-beta-D-GLUCOSAMINA
Un monosacárido amino (GlcNAc) utilizado como bloque bioquímico y patrón analítico para la glicobiología, síntesis y procesos de control de calidad.
| Número CAS | 1398-61-4 |
| Familia | Azúcares amino (HexNAc) |
| Forma Típica | Sólido amorfo blanco (polvo) |
| Grados Comunes | EP, USP |
N-Acetil-beta-D-glucosamina (comúnmente abreviado como GlcNAc o NAG) es una hexosamina N-acetilada y un derivado monosacárido de la D-glucosa en forma de piranosa. Estructuralmente, es una 2-acetamido-2-deoxi-beta-D-glucopiranosa: un anillo oxano (piranosa) de seis miembros que porta múltiples alcoholes secundarios, un grupo hidroximetilo primario en C6 y un sustituyente amida N-acetilo en C2. La molécula contiene cinco centros estéreoquímicos definidos y existe principalmente como anómero beta en muchos contextos biológicos; al polimerizarse mediante enlaces beta-(1→4), forma quitina, un polisacárido estructural principal en muchos organismos.
Desde el punto de vista electrónico, el grupo N-acetilo confiere una funcionalidad amida menos básica que un azúcar amino libre (glucosamina), mientras que el conjunto de grupos hidroxilo y el oxígeno del acetamido proporcionan múltiples donantes y aceptores de puentes de hidrógeno. Los descriptores calculados indican una elevada área de superficie polar y múltiples sitios de interacción por enlaces de hidrógeno, consistentes con fuertes interacciones en fase acuosa y baja lipofilicidad intrínseca. La carga formal neutra a pH fisiológico, combinada con una alta polaridad y un XLogP calculado de -1.7, predice una molécula que se distribuye pobremente en medios no polares y que interactúa fuertemente con agua y proteínas polares.
Química y biológicamente, el compuesto es químicamente estable bajo condiciones neutras suaves, pero es susceptible a la escisión enzimática (p. ej., glucosidasas y deacetilasas) y a la hidrólisis ácida catalizada de enlaces glucosídicos cuando está incorporado en oligo- o polisacáridos. Es ampliamente relevante industrial y biológicamente como unidad monosacárida constructora de quitina y como unidad de modificación O-GlcNAc en proteínas intracelulares y secretadas; los residuos de GlcNAc participan en biopolímeros estructurales y en modificaciones postraduccionales reversibles que modulan la señalización y función proteica. Los grados comerciales más comunes reportados para esta sustancia incluyen EP y USP.
Resumen Molecular
Peso Molecular y Composición
- Fórmula molecular: C8H15NO6
- Peso molecular: 221.21 \(\mathrm{g}\,\mathrm{mol}^{-1}\)
- Masa exacta / Masa monoisotópica: 221.08993720 Da
- Número de átomos pesados: 15
- Número de centros estereogénicos definidos: 5
- Identificadores estructurales (texto plano):
- SMILES: CC(=O)N[C@@H]1C@HO
- InChIKey: OVRNDRQMDRJTHS-FMDGEEDCSA-N
La molécula es una unidad covalentemente enlazada con baja rotabilidad (número de enlaces rotables = 2) en relación con su número de sustituyentes hidroxilo; esa flexibilidad conformacional restringida es típica de las hexopiranosas e influye en el empaquetamiento cristalino y el reconocimiento específico por proteínas. La complejidad topológica y estereoquímica (complejidad = 235) refleja los múltiples centros quirales y el patrón de sustitución típico de los derivados de sacáridos biológicamente activos.
Se han reportado secciones de colisión de movilidad iónica experimentales seleccionadas (para diferentes aductos y calibraciones instrumentales) con valores como 150.7 \(\text{Å}^2\), 152.09 \(\text{Å}^2\), 153 \(\text{Å}^2\) y 146.31 \(\text{Å}^2\) para diversas especies [M+Na]+, [M+H]+ y [M-H]-; estos son consistentes con una conformación monomérica compacta y altamente hidratada en fase gaseosa.
Carga, Polaridad y LogP
- Carga formal: 0
- XLogP3: -1.7
- Área superficial polar topológica (TPSA): 119 (\(\text{Å}^2\))
- Donantes de enlace de hidrógeno: 5
- Aceptores de enlace de hidrógeno: 6
La carga formal neutra y el XLogP negativo indican baja lipofilicidad; combinado con TPSA = 119 \(\text{Å}^2\) y múltiples donantes y aceptores de enlace de hidrógeno, la molécula es altamente polar y se espera que esté fuertemente solvatada en disolventes polares. Estos descriptores son consistentes con una limitada partición en fases hidrofóbicas y una interacción favorable con ambientes acuosos y sitios de unión polares en proteínas.
Clasificación Bioquímica
La N-Acetil-beta-D-glucosamina se clasifica como un derivado monosacárido HexNAc y funciona tanto como un monómero glicano (bloque constructivo de la quitina unida por enlaces beta-(1→4)) como el motivo O-GlcNAc cuando se une enzimáticamente a residuos de serina/treonina en proteínas. Es un componente común en glicoconjugados y se clasifica ampliamente dentro de aminoglicanos / N-acilglucosaminas.
Comportamiento Químico
Estabilidad y Degradación
Como derivado monosacárido aislado, el azúcar acetamido es químicamente estable bajo condiciones acuosas neutras. La amida N-acetilo y los enlaces glucosídicos (cuando están presentes en oligo- o polisacáridos) pueden ser escindidos bajo condiciones fuertemente ácidas (hidrólisis ácida catalizada) o por enzimas hidrolíticas. La oxidación del grupo hidroximetilo primario en C6 a aldehído o carboxilato requiere oxidantes fuertes o catalizadores enzimáticos; tales transformaciones oxidativas no son espontáneas en condiciones de almacenamiento típicas. La descomposición térmica y reacciones tipo Maillard pueden ocurrir bajo temperaturas elevadas y condiciones de carbonilos reactivos, pero no son relevantes para el almacenamiento rutinario a baja temperatura del monosacárido puro.
Las vías enzimáticas (ver abajo) proporcionan las rutas principales para la degradación y la interconversión en sistemas biológicos; por tanto, la especificidad enzimática y el medio bioquímico dominan la estabilidad y el recambio in vivo.
Hidrólisis y Transformaciones
- Desacetilación enzimática: Las deacetilasas (p. ej., deacetilasas de quitina) convierten residuos de N-acetilglucosamina en glucosamina (2-amino-2-deoxi-D-glucosa) bajo condiciones biológicas.
- Escisión enzimática de enlaces glucosídicos: Las exo- y endoglucosidasas (p. ej., N-acetilglucosaminidasas) hidrolizan enlaces beta-(1→4) en oligo- y polisacáridos que contienen GlcNAc, liberando monómeros NAG.
- Polimerización y despolimerización: La polimerización biosintética mediante enlaces glucosídicos beta-(1→4) produce quitina; la despolimerización química suele requerir hidrólisis ácida o cócteles enzimáticos específicos.
Estas vías de transformación reflejan los roles duales del GlcNAc como metabolito monomérico y como constituyente de glicanos de orden superior; las vías de hidrólisis química son generalmente más agresivas que las rutas enzimáticas y se utilizan analíticamente para despolimerizar materiales quitinosos.
Rol biológico
Función y vías metabólicas
La N-acetil-beta-D-glucosamina desempeña dos funciones biológicas amplias: (1) como unidad monomérica de la quitina, formando polímeros estructurales en hongos, artrópodos y algunas algas; y (2) como monosacárido utilizado en la O-glucosaminilación proteica, una modificación postraduccional reversible que afecta a proteínas citoplasmáticas y nucleares. La modificación O-GlcNAc es catalizada por transferasas que añaden el residuo GlcNAc a cadenas laterales de Ser/Thr y por glucosidasas específicas que lo eliminan, estableciendo una modificación regulatoria dinámica que puede competir o complementar la fosforilación en las vías de señalización celular.
La molécula también es un intermediario/metabolito en el metabolismo de azúcares anfibios y participa en vías que generan donantes nucleótido-azúcares (por ejemplo, UDP-GlcNAc), que son sustratos para glucosiltransferasas encargadas de ensamblar glicanos complejos y glicoconjugados.
Contexto fisiológico y celular
- Localización celular reportada: citoplasma (teniendo en cuenta que las proteínas modificadas con O-GlcNAc pueden estar en el citoplasma, núcleo o asociadas a otros compartimentos según la proteína).
- Presencia: presente en diversos taxones (incluyendo Homo sapiens, Mus musculus, Saccharomyces cerevisiae, Drosophila melanogaster y muchas bacterias y virus en contextos glicanos).
- Rol estructural: como quitina polimérica en exoesqueletos y paredes celulares; como GlcNAc monomérico o en oligómeros cortos en el remodelado y señalización de glicanos.
- Desarrollo clínico: la N-acetilglucosamina ha sido estudiada en entornos clínicos (fase máxima reportada de ensayo fase II para una indicación en investigación); no se proporcionan detalles específicos sobre las indicaciones.
Dado que el GlcNAc participa en vías fundamentales de glicosilación y estructurales, es ampliamente estudiado en enzimología, glicobiología y ciencia de materiales (por ejemplo, materiales derivados de quitina).
Identificadores y Sinónimos
Números de registro y códigos
- Número CAS: 1398-61-4
- Número EC (Comunidad Europea): 215-744-3
- UNII: 8P59336F68
- ChEBI: CHEBI:17029
- ChEMBL: CHEMBL447878
- DrugBank: DB15142
- KEGG: C03878
- InChIKey: OVRNDRQMDRJTHS-FMDGEEDCSA-N
- SMILES: CC(=O)N[C@@H]1C@HO
- Acceso GlyTouCan: G49108TO
- Código de ligando PDBe (común): NAG
Estos identificadores son comúnmente utilizados para adquisición, cruce de bases de datos y anotación espectral en flujos analíticos.
Sinónimos y nombres biológicos
Sinónimos y nombres representativos reportados para este compuesto incluyen:
N-acetil-beta-D-glucosamina; 2-acetamido-2-desoxi-beta-D-glucopiranosa; GlcNAc; NAcGlc; beta-N-acetilglucosamina; 2-acetamido-2-desoxi-beta-D-glucosa; b-GlcNAc; N-acetil-D-glucosamina (estereoquímica completa).
(Pueden existir sinónimos adicionales proporcionados por proveedores y depositantes; seleccione identificadores canónicos arriba para adquisición inequívoca y control de calidad.)
Resumen de seguridad y manipulación
Manipulación y almacenaje de materiales bioquímicos
La N-acetil-beta-D-glucosamina se maneja generalmente como un sólido cristalino o amorfo altamente polar e higroscópico que debe almacenarse en un envase herméticamente cerrado bajo condiciones secas y protegido de la exposición prolongada a altas temperaturas para minimizar la degradación y reacciones del tipo Maillard. Se aplican precauciones estándar para materiales bioquímicos sólidos: minimizar la generación de polvo, usar ventilación local adecuada o sistemas de extracción de polvo, y emplear equipos de protección personal apropiados (bata de laboratorio, guantes, protección ocular). Para manipulaciones en laboratorio, utilice controles de ingeniería y procedimientos para evitar la inhalación y el contacto con membranas mucosas.
Los resúmenes de peligros disponibles indican que las preparaciones de materiales quitina/quitosa típicamente no se clasifican como peligrosas según criterios globalmente armonizados convencionales y que la irritación es el efecto principal reportado en algunos casos; sin embargo, formulaciones específicas e impurezas pueden alterar los perfiles de peligro. En caso de derrame accidental y eliminación, priorice la recuperación y el reciclaje del material utilizable cuando sea apropiado y siga la normativa institucional y local para la eliminación de sólidos biológicos/químicos.
Para información detallada sobre peligros, transporte y normativa, los usuarios deben consultar la hoja de datos de seguridad (SDS) específica del producto y la legislación local.
