N-АЦЕТИЛ-бета-D-ГЛЮКОЗАМИН (1398-61-4) Физико-химические свойства
N-АЦЕТИЛ-бета-D-ГЛЮКОЗАМИН
Моносахаридный аминозахар (GlcNAc), используемый в качестве биохимического строительного блока и аналитического стандарта для гликобиологии, синтеза и контролей качества.
| Номер CAS | 1398-61-4 |
| Класс вещества | Аминозахара (HexNAc) |
| Типичная форма | Белый аморфный порошок |
| Обычные фармакопейные стандарты | EP, USP |
N-Ацетил-бета-D-глюкозамин (обычно сокращается как GlcNAc или NAG) является N-ацетилированным гексозамином и моносахаридным производным D-глюкозы в форме пиранозы. По структуре это 2-ацетамидо-2-дезокси-бета-D-глюкопираноза: шестичленное оксановое (пиранозное) кольцо, несущие несколько вторичных гидроксильных групп, первичную гидроксиметильную группу на C6 и N-ацетильный амидный заместитель на C2. Молекула содержит пять определённых стереоцентрических атомов и в биологических системах преимущественно существует как бета-аномер; при полимеризации β-(1→4)-связями образует хитин — основной структурный полисахарид во многих организмах.
С электронно-химической точки зрения N-ацетильная группа обеспечивает амидную функциональность, менее основную, чем у свободного амино сахара (глюкозамина), тогда как множество гидроксильных групп и кислород ацетамида обеспечивают многочисленные доноры и акцепторы водородных связей. Рассчитанные дескрипторы указывают на высокую площадь полярной поверхности и множественные H-связанные сайты, что соответствует сильному взаимодействию в водной фазе и низкой липофильности. Нейтральный формальный заряд при физиологическом pH, в сочетании с высокой полярностью и рассчитанным XLogP равным -1.7, указывает на молекулу с плохим распределением в неполярных средах и сильными взаимодействиями с водой и полярными белками.
Химически и биологически соединение стабильно при мягких нейтральных условиях, но подвержено ферментативному расщеплению (гликозидазы и деацетилазы), а также кислотно-катализируемому гидролизу гликозидных связей в олиго- и полисахаридах. Оно широко используется в промышленности и биологии как моносахаридный строительный блок хитина и как структура O-GlcNAc в внутриклеточных и секретируемых белках; остатки GlcNAc участвуют в формировании структурных биополимеров и в обратимой посттрансляционной модификации, которая регулирует сигнальные пути и функцию белков. Часто встречающиеся коммерческие стандарты для данного вещества включают EP и USP.
Общие сведения о молекуле
Молекулярная масса и состав
- Молекулярная формула: C8H15NO6
- Молекулярная масса: 221.21 \(\mathrm{г}\,\mathrm{моль}^{-1}\)
- Точная масса / Моноизотопная масса: 221.08993720 Да
- Количество тяжёлых атомов: 15
- Количество определённых стереоцентров: 5
- Структурные идентификаторы (текст):
- SMILES: CC(=O)N[C@@H]1C@HO
- InChIKey: OVRNDRQMDRJTHS-FMDGEEDCSA-N
Молекула представляет собой единичный ковалентно связанный блок с низкой ротационной свободой (количество вращающихся связей = 2) относительно числа гидроксильных заместителей; такая ограниченная конформационная гибкость типична для гексопираноз и влияет на упаковку кристаллов и специфичное распознавание белками. Топологическая и стереохимическая сложность (значение 235) отражает множественные хиральные центры и характер замещения, типичные для биологически активных производных сахаров.
Экспериментально определённые значения ионного подвижности и эффективной площади столкновений (отмеченные для различных аддуктов и калибровок приборов) включают 150.7 \(\text{Å}^2\), 152.09 \(\text{Å}^2\), 153 \(\text{Å}^2\) и 146.31 \(\text{Å}^2\) для различных ионов [M+Na]+, [M+H]+ и [M-H]-; эти данные соответствуют компактной, высокогидратированной конформации моносахарида в газовой фазе.
Заряд, полярность и LogP
- Формальный заряд: 0
- XLogP3: -1.7
- Топологическая площадь полярной поверхности (TPSA): 119 (\(\text{Å}^2\))
- Доноры водородных связей: 5
- Акцепторы водородных связей: 6
Нейтральный формальный заряд и отрицательное значение XLogP указывают на низкую липофильность; вместе с TPSA = 119 \(\text{Å}^2\) и множеством доноров и акцепторов водородных связей, молекула является высокополярной и ожидаемо хорошо гидратируется в полярных растворителях. Эти дескрипторы соответствуют ограниченному распределению в гидрофобных фазах и благоприятному взаимодействию с водной средой и полярными сайтами связывания белков.
Биохимическая классификация
N-Ацетил-бета-D-глюкозамин относится к производным моносахаридов HexNAc и выполняет функции как мономера гликана (строительный блок хитина, связанного β-(1→4)-гликозидными связями), так и мотива O-GlcNAc при ферментативном присоединении к остаткам серина/треонина в белках. Он является компонентом гликоконъюгатов и в широком смысле классифицируется как аминогликаны / N-ацилглюкозамины.
Химическое поведение
Стабильность и деструкция
В качестве отдельного моносахаридного производного ацетамидный сахар химически стабилен в нейтральных водных условиях. N-ацетильный амид и гликозидные связи (в составе олиго- и полисахаридов) могут быть гидролизованы при сильно кислых условиях (кислотно-катализируемый гидролиз) или под воздействием гидролитических ферментов. Окисление первичной гидроксиметильной группы C6 до альдегида или карбоксилата требует сильных окислителей или ферментативных катализаторов; такие окислительные превращения не происходят спонтанно при типичных условиях хранения. Термическое разложение и реакции типа Майяра возможны при повышенных температурах и наличии активных карбонильных соединений, но не актуальны для обычного хранения при низких температурах чистого моносахарида.
Ферментативные пути (см. ниже) обеспечивают основные механизмы деградации и взаимопревращения в биологических системах; поэтому ферментативная специфичность и биохимическая среда определяют стабильность и обмен вещества in vivo.
Гидролиз и трансформации
- Ферментативная деацетилизация: деацетилазы (например, хитин-деацетилазы) преобразуют остатки N-ацетилглюкозамина в глюкозамин (2-амино-2-дезокси-D-глюкозу) при биологических условиях.
- Ферментативное расщепление гликозидных связей: экзо- и эндо-гликозидазы (например, N-ацетилглюкозаминидазы) гидролизуют β-(1→4) связи в олиго- и полисахаридах с GlcNAc, освобождая мономерный NAG.
- Полимеризация и деполимеризация: биосинтетическая полимеризация через β-(1→4) гликозидные связи приводит к образованию хитина; химическая деполимеризация обычно требует кислотного гидролиза или специальных ферментативных смесей.
Эти пути превращений отражают двойственную роль GlcNAc как мономерного метаболита и компонента высокомолекулярных гликанов; химические пути гидролиза обычно более агрессивны, чем ферментативные, и применяются аналитически для деполимеризации хитинсодержащих материалов.
Биологическая роль
Функциональная роль и пути метаболизма
N-Ацетил-бета-D-глюкозамин выполняет две основные биологические функции: (1) в качестве мономерного звена хитина, формирующего структурные полимеры у грибов, членистоногих и некоторых водорослей; и (2) в качестве моносахарида, используемого в белковой O-ГлкNAцилировании — обратимой посттрансляционной модификации, влияющей на цитоплазматические и ядерные белки. Модификация O-ГлкNAц катализируется трансферазами, присоединяющими остаток GlcNAc к боковым цепям серина/треонина, и специфическими гликозидазами, удаляющими её, что обеспечивает динамическую регуляторную модификацию, способную конкурировать с фосфорилированием или дополнять его в сигнальных клеточных путях.
Молекула также является промежуточным продуктом/метаболитом в метаболизме аминокислотных сахаров и участвует в путях, формирующих нуклеотид-сахарные доноры (например, UDP-GlcNAc), которые служат субстратами для гликозилтрансфераз, осуществляющих сборку сложных гликанов и гликоконъюгатов.
Физиологический и клеточный контекст
- Сообщаемое клеточное расположение: цитоплазма (с учётом того, что O-ГлкNAц модифицированные белки могут находиться в цитоплазме, ядре или ассоциироваться с другими компартментами в зависимости от белка).
- Распространение: присутствует у различных таксонов (включая Homo sapiens, Mus musculus, Saccharomyces cerevisiae, Drosophila melanogaster, а также у множества бактерий и вирусов в гликанных контекстах).
- Структурная роль: в виде полимерного хитина в экзоскелетах и клеточных стенках; в виде мономерного или коротко-олигомерного GlcNAc при ремоделировании гликанов и сигнальных процессах.
- Клиническое развитие: N-ацетилглюкозамин исследовался в клинических условиях (максимальная зарегистрированная фаза испытаний — фаза II для экспериментального показания); подробности показаний здесь не приводятся.
Поскольку GlcNAc участвует в фундаментальных путях гликозилирования и структурной биологии, он широко изучается в энзимологии, гликобиологии и материаловедении (например, материалы на основе хитина).
Идентификаторы и синонимы
Регистрационные номера и коды
- CAS Registry Number: 1398-61-4
- EC (European Community) Number: 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
- GlyTouCan accession: G49108TO
- Код лиганда PDBe (общий): NAG
Эти идентификаторы обычно используются для закупок, кросс-ссылок в базах данных и спектральной аннотации в аналитических процессах.
Синонимы и биологические наименования
Типичные синонимы и наименования этого соединения включают:
N-Ацетил-бета-D-глюкозамин; 2-ацетамидо-2-дезокси-бета-D-глюкопираноза; GlcNAc; NAcGlc; Бета-N-ацетилглюкозамин; 2-ацетамидо-2-дезокси-бета-D-глюкоза; b-GlcNAc; N-ацетил-D-глюкозамин (с полной стереохимией).
(Могут также существовать дополнительные синонимы от поставщиков и депонентов; для однозначной закупки и контроля качества используйте выбранные канонические идентификаторы выше.)
Обзор безопасности и обращения
Обращение и хранение биохимических материалов
N-Ацетил-бета-D-глюкозамин обычно обращают как гигроскопичный, высокополярный кристаллический или аморфный твердый материал, который следует хранить в герметично закрытом контейнере в сухих условиях и защищать от длительного воздействия высоких температур для минимизации деградации и реакций типа Майяра. Применяются стандартные меры предосторожности при работе с твердыми биохимическими веществами: минимизация образования пыли, использование местной вытяжки или пылеочистки, а также надлежащие средства индивидуальной защиты (лабораторный халат, перчатки, средства защиты глаз). При лабораторных манипуляциях используйте инженерные средства контроля и процедуры, предотвращающие вдыхание и контакт с слизистыми оболочками.
Доступные резюме по опасности указывают, что препараты из материалов хитина/хитозана обычно не классифицируются как опасные по общепринятым глобализированным критериям, и раздражение является основным зарегистрированным эффектом в отдельных случаях; однако специфические препараты и примеси могут изменять профиль опасности. При случайных разливах и утилизации отдавайте предпочтение возврату и переработке пригодного материала там, где это возможно, и соблюдайте институционные и местные нормативы по утилизации биологических/химических твердых отходов.
Для получения подробной информации об опасностях, транспортировке и нормативных требованиях пользователям следует обращаться к соответствующему паспорту безопасности (SDS) продукта и местному законодательству.
