In chimica, l’acetilazione è una reazione organica in cui un gruppo acetile (CH3CO-) viene introdotto in una molecola. Questa reazione in genere comporta l’uso di acido acetico (CH3COOH) o anidride acetica (CH3CO)2O come agente acetilante. Il prodotto risultante è chiamato acetato.
In biologia, l’acetilazione è un tipo di modifica post-traduzionale che comporta l’aggiunta di un gruppo acetile a una proteina. Questa modifica può alterare l’attività, la stabilità o le interazioni della proteina con altre molecole. L’acetilazione è un processo reversibile regolato da enzimi chiamati istone acetiltransferasi (HAT) e istone deacetilasi (HDAC).
In questo articolo, ci concentreremo solo sull’acetilazione in chimica.
1. Meccanismo di reazione dell’acetilazione
Il meccanismo specifico dell’acetilazione può variare a seconda dei reagenti coinvolti e dei substrati modificati.
La sostituzione nucleofila acilica è comunemente usata in chimica organica, dove un gruppo acetile di un agente acetilante (come anidride acetica o cloruro di acetile) sostituisce un atomo di idrogeno sulla molecola bersaglio.
- L’agente acetilante reagisce con un catalizzatore acido omogeneo o eterogeneo per generare un intermedio più reattivo, un catione.
- Questo catione, un elettrofilo, verrà attaccato dall’atomo nucleofilo (O, N o S) del substrato per formare un intermedio tetraedrico.
- Il gruppo uscente (cloruro o acetato) si allontana per formare il prodotto acetilato finale e rigenerare il catalizzatore acido.
Temperatura, pH e presenza di catalizzatori possono influenzare significativamente la velocità e l’efficienza del processo di acetilazione. Inoltre, le proprietà chimiche e la disposizione spaziale della molecola bersaglio possono influenzare l’accessibilità del sito per l’acetilazione.
2. Agenti di acetilazione
I reagenti di acetilazione comuni utilizzati nella chimica organica e industriale sono l’anidride acetica, il cloruro di acetile e l’acido acetico.
L’anidride acetica è il reagente più comunemente utilizzato per l’acetilazione in laboratorio e nell’industria farmaceutica. È relativamente poco costosa e facile da maneggiare. Tuttavia, ha lo svantaggio di generare acido acetico come sottoprodotto, che a volte può interferire con la reazione.
Il cloruro di acetile è un altro reagente comune per l’acetilazione. È più reattivo dell’anidride acetica, ma è anche più corrosivo e può generare gas di cloruro di idrogeno come sottoprodotto, che è dannoso e corrosivo per le apparecchiature.
L’acido acetico è poco costoso e ampiamente disponibile e può anche essere utilizzato come agente di acetilazione, ma fornisce una bassa resa e necessita di un catalizzatore di disidratazione per ridurre al minimo l’acqua prodotta come sottoprodotto, il che favorisce la reazione reversibile (deacetilazione).
La scelta del miglior reagente di acetilazione per una particolare reazione dipenderà da diversi fattori, tra cui il substrato, la selettività desiderata e il costo.
3. Esempi di importanti reazioni di acetilazione
L’aspirina (acido acetilsalicilico) è un noto farmaco antidolorifico e antinfiammatorio prodotto dall’acetilazione dell’acido salicilico.
L’acetaminofene (N-acetil-p-amminofenolo) è un altro comune farmaco antidolorifico e antinfiammatorio, spesso utilizzato per bambini e persone con stomaco sensibile. Si ottiene tramite N-acetilazione del p-amminofenolo.
L’acetato di cellulosa è un tipo di fibra sintetica utilizzata nell’abbigliamento, nei rivestimenti per mobili e nei filtri per sigarette. È prodotto dall’acetilazione della cellulosa.
I monogliceridi acetilati sono utilizzati come emulsionanti e stabilizzanti alimentari nel pane, nel gelato e in altri alimenti trasformati.
L’acetato di etile è un solvente comune prodotto dall’acetilazione dell’etanolo e utilizzato in vernici, rivestimenti e adesivi.
La N-acetilcisteina, formata dalla N-acetilazione della cisteina, è un integratore antiossidante talvolta utilizzato per trattare problemi respiratori e altre condizioni.
3.1. Acetilazione dell’anilina
L’acetilazione dell’anilina è una reazione fondamentale nella chimica organica, che trasforma un’ammina basica in un prezioso intermedio con varie applicazioni industriali e farmaceutiche.
In questa reazione, l’anilina viene acetilata da anidride acetica o cloruro di acetile per produrre acetanilide, spesso utilizzata come intermedio nella sintesi di coloranti e prodotti farmaceutici. A seconda dell’agente acetilante scelto, si formano acido acetico o cloruro di idrogeno come sottoprodotti.
3.2. Acetilazione dell’acido salicilico
L’acetilazione dell’acido salicilico, nota anche come sintesi dell’aspirina, è un classico esempio di chimica organica che trasforma una semplice molecola in un agente farmaceutico.
L’acido salicilico è un composto naturale presente nella corteccia di salice e in altre piante. Ha proprietà antidolorifiche e antinfiammatorie. Tuttavia, può anche irritare lo stomaco.
L’acido acetilsalicilico, che possiede effetti antidolorifici e antinfiammatori migliorati con una ridotta irritazione gastrica rispetto all’acido salicilico, è prodotto dall’acetilazione dell’acido salicilico con anidride acetica in un mezzo acido (ad esempio, acido solforico concentrato). L’acido acetico è un sottoprodotto della reazione.
3.3. Acetilazione degli amminoacidi
L’acetilazione degli amminoacidi è una modifica post-traduzionale (PTM) dinamica e diffusa che svolge un ruolo cruciale nella regolazione della funzione proteica, della stabilità e dell’interazione con altre molecole. Comporta l’aggiunta di un gruppo acetile a specifici residui di amminoacidi, più comunemente il gruppo α-ammino N-terminale o il gruppo ε-ammino dei residui di lisina.
Questa semplice modifica può avere effetti profondi sul comportamento delle proteine, influenzando diversi processi cellulari come:
- Espressione genica: L’acetilazione degli istoni, in cui i gruppi acetile vengono aggiunti alle proteine istoniche che impacchettano il DNA, influenza la struttura e l’accessibilità della cromatina, regolando così la trascrizione genica.
- Attività enzimatica: L’acetilazione può attivare o disattivare gli enzimi alterandone la struttura, il legame al substrato o l’interazione con altri regolatori proteine.
- Interazioni proteina-proteina: Influenzando le cariche superficiali e la conformazione delle proteine, l’acetilazione può modulare il modo in cui le proteine interagiscono tra loro, influenzando i percorsi di segnalazione e le risposte cellulari.
- Degradazione delle proteine: L’acetilazione può influenzare il riconoscimento delle proteine da parte dei meccanismi di degradazione, contrassegnandole per la distruzione o proteggendole dalla rottura.
Esistono due tipi principali di acetilazione degli amminoacidi:
- α-acetilazione N-terminale: Questo è il tipo più comune, che si verifica sull’N-terminale Gruppo α-amminico di proteine di nuova sintesi negli eucarioti. Facilita il ripiegamento e la stabilità delle proteine e spesso funge da segnale per lo smistamento e il trasporto delle proteine.
- ε-acetilazione della lisina: Questo tipo comporta l’aggiunta di un gruppo acetile alla catena laterale dei residui di lisina all’interno della sequenza proteica. Può verificarsi sia co-traduzionalmente (durante la sintesi proteica) sia post-traduzionalmente (dopo la sintesi proteica). Questa modifica dinamica svolge una vasta gamma di ruoli regolatori, a seconda della proteina specifica e del sito di acetilazione.
