11.4: Acil-fosfatos

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Los fosfatos de acilo, debido a que son tan reactivos hacia las sustituciones de acilo, generalmente se ven como intermedios de reacción en lugar de metabolitos estables en las vías bioquímicas. Los fosfatos de acilo suelen tomar una de dos formas: un monofosfato de acilo simple o monofosfato de acil-adenosina.

Dibujos de líneas de enlace de acil-monofosfato y acil adenosina monofosfato (acil AMP).

Ambas formas son altamente reactivas a las reacciones de sustitución de acilo, y a menudo se denominan “grupos acilo activados” o “ácidos carboxílicos activados” por razones que pronto quedarán claras. La tendencia de los fosfatos a formar complejos estabilizantes con uno o más iones magnesio en el sitio activo de una enzima contribuye en gran medida a la reactividad de los acil fosfatos.

La coordinación a mg dos más aleja la densidad electrónica del carbono acilo haciéndola más electrófila.

Un ion magnesio actúa como un ácido de Lewis, aceptando densidad electrónica desde el extremo oxígeno del enlace acil carbonilo, lo que aumenta en gran medida el grado de carga positiva parcial -y por lo tanto la electrofilicidad- del carbono carbonilo. El ion magnesio también equilibra la carga negativa sobre el fosfato, convirtiéndolo en una base débil y un excelente grupo de salida.

Ya hemos aprendido que el grupo funcional carboxilato es el sustrato menos reactivo para reacciones de sustitución de acilo catalizadas por enzimas. En biología, sin embargo, los carboxilatos se transforman frecuentemente en tioésteres, ésteres carboxílicos y amidas, todos los cuales son más altos en energía, lo que significa que estas transformaciones son termodinámicamente 'cuesta arriba'.

¿Cómo se logran estas sustituciones cuesta arriba? No se llevan a cabo directamente:

como todas las reacciones termodinámicamente desfavorables en bioquímica, están ligadas a una reacción 'cuesta abajo' liberadora de energía. En este caso, (y muchos otros), la reacción ligada que 'paga' la reacción cuesta arriba es la hidrólisis del ATP.

Para someterse a una reacción de sustitución de acilo, primero se debe activar un carboxilato por fosforilación. Ya está familiarizado con este proceso de transferencia de grupos fosforilo del capítulo 9.

En muchos casos, las enzimas activan un grupo carboxilato al convertirlo en un acil fosfato (el más reactivo de los derivados de ácido carboxílico), a expensas de un ATP: el mecanismo para este tipo de transformación se muestra en la Sección 9.5.

Formación de un fosfato de acilo (ver sección 9.5 para ver el mecanismo completo):

El carboxilato reacciona con ATP para producir ADP y acil fosfato que activa el carboxilato.

Como alternativa común, algunas reacciones enzimáticas comienzan con la conversión de un carboxilato en un intermedio acil-AMP:

Formación de un acil -AMP (ver sección 9.5 para ver el mecanismo completo):

El carboxilato reacciona con ATP para producir PPi y acil-AMP.

En cualquier caso, una vez que se ha activado el grupo carboxilato, el intermedio fosfato de acilo reactivo/acil-AMP puede pasar a actuar como electrófilo en una reacción de sustitución de acilo nucleofílica energéticamente favorable.

El carboxilato no puede convertirse directamente en una amida, éster o tioéster ya que no es reactivo en la sustitución de acilo. El carboxilato primero debe reaccionar con ATP para formar fosfato de acilo. El fosfato de acilo se somete fácilmente a sustitución de acilo en una amida, éster o tioéster.

Probablemente hayas escuchado que ATP se refiere como la molécula de 'moneda de energía'. Las reacciones de esta sección proporcionan una ilustración más concreta de ese concepto. Un grupo de menor energía (un carboxilato) se convierte en un grupo de mayor energía (un tioéster, por ejemplo) al “gastar” un ATP de alta energía.