Фосфодиестерът свързва как се формира, функционира и примери



на фосфодиестерни връзки те са ковалентните връзки, които се срещат между два от кислородните атоми на фосфатна група и хидроксилните групи на две други молекули. В този тип връзки фосфатната група действа като "мост" на стабилен съюз между двете молекули чрез неговите кислородни атоми.

Основната роля на фосфодиестерните връзки в природата е тази на образуването на нишките на нуклеиновата киселина както на ДНК, така и на РНК. Заедно с пентозните захари (дезоксирибоза или рибоза, в зависимост от случая) фосфатните групи са част от поддържащата структура на тези важни биомолекули.

Нуклеотидните вериги на ДНК или РНК, подобно на протеини, могат да приемат различни триизмерни конформации, които са стабилизирани чрез нековалентни връзки, като водородни връзки между комплементарни бази..

Въпреки това, първичната структура е дадена от линейната последователност от нуклеотиди, ковалентно свързани с фосфодиестерни връзки.

индекс

  • 1 Как се образува фосфодиестерна връзка?
    • 1.1 Включени ензими
  • 2 Функция и примери
  • 3 Препратки

Как се образува фосфодиестерна връзка?

Подобно на пептидните връзки в протеините и гликозидните връзки между монозахаридите, фосфодиестерните връзки са резултат от дехидратационни реакции, при които се губи молекула вода. Ето общата схема на една от тези реакции на дехидратация:

Н-Х1-OH + H-X2-OH → H-X1-X2-OH + H2О

Фосфатните йони съответстват на напълно депротонираната конюгатна база на фосфорната киселина и се наричат ​​неорганични фосфати, чието съкращение е обозначено с Pi. Когато две фосфатни групи са свързани заедно се образува безводна фосфатна връзка и се получава молекула, известна като неорганичен пирофосфат или PPi..

Когато фосфатният йон е прикрепен към въглероден атом на органична молекула, химичната връзка се нарича фосфатен естер и полученият вид е органичен монофосфат. Ако органичната молекула се свързва с повече от една фосфатна група, се образуват органични дифосфати или трифосфати..

Когато една молекула от неорганичен фосфат се свързва с две органични групи, се използва фосфодиестерна връзка или "диестер фосфат". Важно е да не се объркват фосфодиестерните връзки с високоенергийни фосфоанхидро връзки между фосфатните групи молекули като АТР, например.

Фосфодиестерните връзки между съседни нуклеотиди се състоят от две фосфоестерни връзки, които се срещат между хидроксила на 5 'позиция на нуклеотид и хидроксила на 3' позиция на следващия нуклеотид на верига от ДНК или РНК.

В зависимост от условията на средата, тези връзки могат да бъдат хидролизирани както ензимно, така и неензимно.

Включени са ензимите

Формирането и разрушаването на химическите връзки е от решаващо значение за всички жизнени процеси, каквито ги познаваме, а случаят на фосфодиестерни връзки не е изключение.

Сред най-важните ензими, които могат да образуват тези връзки, са ДНК или РНК полимерази и рибозими. Ензимите фосфодиестерази могат да ги ензимно хидролизират.

По време на репликацията, решаващ процес за клетъчна пролиферация, във всеки реакционен цикъл dNTP (дезоксинуклеотид трифосфат), комплементарен на матричната основа, се включва в ДНК чрез реакция на пренос на нуклеотиди..

Полимеразата е отговорна за образуването на нова връзка между 3'-OH от матричната верига и α-фосфата на dNTP, благодарение на енергията, освободена от разпадането на връзките между α и β фосфатите на dNTP, които са свързани чрез фосфоанхидро връзки.

Резултатът е удължаване на веригата с нуклеотид и освобождаване на пирофосфатна молекула (PPi) s. Установено е, че тези реакции заслужават два двувалентни магнезиеви йони (Mg2+), чието присъствие позволява електростатично стабилизиране на нуклеофила ОН- за да се получи сближаване с активния сайт на ензима.

на рКза на фосфодиестерна връзка е близка до 0, така че във воден разтвор тези връзки са напълно йонизирани, отрицателно заредени.

Това дава на молекулите на нуклеиновата киселина отрицателен заряд, който се неутрализира благодарение на йонните взаимодействия с положителните заряди на протеиновите аминокиселинни остатъци, към електростатичното свързване с метални йони или към свързването с полиамини..

Във воден разтвор фосфодиестерните връзки в ДНК молекулите са много по-стабилни, отколкото в РНК молекулите. В алкален разтвор споменатите връзки в молекулите на РНК се разцепват чрез вътрешномолекулно изместване на нуклеозида на 5 'края с 2' оксианион..

Функция и примери

Както бе споменато, най-важната роля на тези връзки е тяхното участие в образуването на скелета на молекулите на нуклеиновите киселини, които са най-важните молекули в клетъчния свят..

Активността на топоизомеразните ензими, които активно участват в репликацията на ДНК и синтеза на протеини, зависи от взаимодействието на фосфодиестерните връзки в 5 'края на ДНК с страничната верига на тирозиновите остатъци в активната зона на тези ензими.

Молекули, които участват като вторични пратеници, като цикличен аденозин монофосфат (сАМР) или цикличен гуанозин трифосфат (cGTP), имат фосфодиестерни връзки, които се хидролизират от специфични ензими, известни като фосфодиестерази, чието участие е от голямо значение за много сигнални процеси клетъчен.

Глицерофосфолипидите, основни компоненти в биологичните мембрани, са съставени от молекула на глицерол, която е свързана с фосфодиестерни връзки с полярните "главни" групи, които съставляват хидрофилната област на молекулата..

препратки

  1. Fothergill, М., Goodman, M.F., Petruska, J., & Warshel, A. (1995). Структурно-енергиен анализ на ролята на металните йони в хидролизата на фосфодиестерна връзка с ДНК полимераза I. Вестник на Американското химическо общество, 117(47), 11619-11627.
  2. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C.A., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Martin, K. (2003). Молекулярна клетъчна биология (5-то изд.). Freeman, W. H. & Company.
  3. Nakamura, Т., Zhao, Y., Yamagata, Y., Hua, Y., & Yang, W. (2012). Гледането на ДНК полимераза η прави фосфодиестерна връзка. природа, 487(7406), 196-201.
  4. Нелсън, Д. Л., & Кокс, М. М. (2009). Принципи на биохимията на Ленингер. Издания Omega (5-то изд.)
  5. Oivanen, M., Kuusela, S., & Lönnberg, H. (1998). Кинетика и механизми за разцепване и изомеризация на фосфодиестерни връзки на РНК от брондни киселини и основи. Химически прегледи, 98(3), 961-990.
  6. Pradeepkumar, P.I., Höbartner, C., Baum, D., & Silverman, S. (2008). ДНК катализирано образуване на нуклеопептидни връзки. Angewandte Chemie Международно издание, 47(9), 1753-1757.
  7. Soderberg, T. (2010). Органична химия с биологичен акцент II том (Том II). Минесота: Университетът на Минесота Морис Дигитал Ел. Възстановен от www.digitalcommons.morris.umn.edu