Fosfodiesterové spojenie, ako sa tvorí, funkcia a príklady



fosfodiesterové väzby sú to kovalentné väzby, ktoré sa vyskytujú medzi dvoma atómami kyslíka fosfátovej skupiny a hydroxylovými skupinami dvoch ďalších molekúl. V tomto type väzieb fosfátová skupina pôsobí ako "most" stabilného spojenia medzi týmito dvoma molekulami prostredníctvom atómov kyslíka.

Základnou úlohou fosfodiesterových väzieb v prírode je tvorba reťazcov nukleovej kyseliny tak DNA, ako aj RNA. Spolu s pentózovými cukrami (deoxyribóza alebo ribóza, podľa okolností) sú fosfátové skupiny súčasťou podpornej štruktúry týchto dôležitých biomolekúl.

Nukleotidové reťazce DNA alebo RNA, podobne ako proteíny, môžu nadobudnúť rôzne trojrozmerné konformácie, ktoré sú stabilizované nekovalentnými väzbami, ako sú vodíkové väzby medzi komplementárnymi bázami..

Primárna štruktúra je však daná lineárnou sekvenciou nukleotidov kovalentne viazaných fosfodiesterovými väzbami.

index

  • 1 Ako vzniká fosfodiesterová väzba?
    • 1.1 Zahrnuté enzýmy
  • 2 Funkcia a príklady
  • 3 Odkazy

Ako vzniká fosfodiesterová väzba?

Podobne ako peptidové väzby v proteínoch a glykozidické väzby medzi monosacharidmi, fosfodiesterové väzby vyplývajú z dehydratačných reakcií, pri ktorých sa stratí molekula vody. Tu je všeobecný prehľad jednej z týchto dehydratačných reakcií:

H-X1-OH + H-X2-OH → H-X1-X2-OH + H2O

Fosforečnanové ióny zodpovedajú úplne deprotonovanej konjugovanej báze kyseliny fosforečnej a nazývajú sa anorganické fosfáty, ktorých skratka sa označuje ako Pi. Keď sú dve fosfátové skupiny navzájom spojené, vytvorí sa bezvodá fosfátová väzba a získa sa molekula známa ako anorganický pyrofosfát alebo PPi..

Keď je fosfátový ión pripojený k atómu uhlíka organickej molekuly, chemická väzba sa nazýva fosfátový ester a výsledným druhom je organický monofosfát. Ak sa organická molekula viaže na viac ako jednu fosfátovú skupinu, tvoria sa organické difosfáty alebo trifosfáty.

Keď sa jedna molekula anorganického fosfátu viaže na dve organické skupiny, použije sa fosfodiesterová väzba alebo "diester fosfát". Je dôležité nezamieňať fosfodiesterové väzby s vysokoenergetickými fosfoanhydro väzbami medzi fosfátovými skupinami molekúl, ako je napríklad ATP..

Fosfodiesterové väzby medzi susednými nukleotidmi sa skladajú z dvoch fosfosesterových väzieb, ktoré sa vyskytujú medzi hydroxylom v polohe 5 'nukleotidu a hydroxylom v polohe 3' ďalšieho nukleotidu na reťazci DNA alebo RNA..

V závislosti od podmienok média sa tieto väzby môžu hydrolyzovať tak enzymaticky, ako aj neenzymaticky.

Zahrnuté enzýmy

Tvorba a lámanie chemických väzieb je rozhodujúce pre všetky životne dôležité procesy, ako ich poznáme, a prípad fosfodiesterových väzieb nie je výnimkou..

Medzi najdôležitejšie enzýmy, ktoré môžu tvoriť tieto väzby, patria DNA alebo RNA polymerázy a ribozýmy. Fosfodiesterázy enzýmov sú schopné ich enzymaticky hydrolyzovať.

Počas replikácie je rozhodujúcim procesom bunkovej proliferácie v každom reakčnom cykle dNTP (deoxynukleotid trifosfát) komplementárny k templátovej báze inkorporovaný do DNA nukleotidovou prenosovou reakciou.

Polymeráza je zodpovedná za vytvorenie novej väzby medzi 3'-OH templátového vlákna a a-fosfátu dNTP vďaka energii uvoľnenej z rozpadu väzieb medzi a a p fosfátmi dNTP, ktoré sú spojené fosfoanhydrovými väzbami.

Výsledkom je predĺženie reťazca nukleotidom a uvoľnenie pyrofosfátovej molekuly (PPi) s. Bolo zistené, že tieto reakcie si zaslúžia dva dvojmocné ióny horčíka (Mg)2+), ktorého prítomnosť umožňuje elektrostatickú stabilizáciu nukleofilu OH- aby sa dosiahla aproximácia k aktívnemu miestu enzýmu.

pKna Fosfodiesterová väzba je blízka 0, takže vo vodnom roztoku sú tieto väzby úplne ionizované, negatívne nabité.

To dáva molekulám nukleovej kyseliny záporný náboj, ktorý je neutralizovaný vďaka iónovým interakciám s pozitívnymi nábojmi proteínových aminokyselinových zvyškov, elektrostatickou väzbou s iónmi kovov alebo asociáciou s polyamínmi.

Vo vodnom roztoku sú fosfodiesterové väzby v molekulách DNA oveľa stabilnejšie ako v molekulách RNA. V alkalickom roztoku sa uvedené väzby v molekulách RNA štiepia intramolekulárnym vytesnením nukleozidu na 5 'konci 2' oxyanionom..

Funkcia a príklady

Ako už bolo spomenuté, najdôležitejšou úlohou týchto väzieb je ich účasť na tvorbe kostry molekúl nukleových kyselín, ktoré sú najdôležitejšími molekulami v bunkovom svete..

Aktivita enzýmov topoizomerázy, ktoré sa aktívne podieľajú na replikácii DNA a syntéze proteínov, závisí od interakcie fosfodiesterových väzieb na 5 'konci DNA s bočným reťazcom zvyškov tyrozínu na aktívnom mieste týchto DNA. enzýmy.

Molekuly, ktoré sa zúčastňujú ako druhí poslovia, ako je cyklický adenozínmonofosfát (cAMP) alebo cyklický guanozíntrifosfát (cGTP), majú fosfodiesterové väzby, ktoré sú hydrolyzované špecifickými enzýmami známymi ako fosfodiesterázy, ktorých účasť má veľký význam pre mnohé signálne procesy. bunkový.

Glycerofosfolipidy, základné zložky biologických membrán, sú zložené z molekuly glycerolu, ktorá je viazaná fosfodiesterovými väzbami na polárne "hlavy" skupiny, ktoré tvoria hydrofilnú oblasť molekuly..

referencie

  1. Fothergill, M., Goodman, M.F., Petruska, J., & Warshel, A. (1995). Štruktúrno-energetická analýza úlohy kovových iónov v hydrolýze fosfodiesterových väzieb DNA polymerázou I \ t. Journal of American Chemical Society, 117(47), 11619-11627.
  2. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C.A., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Martin, K. (2003). Molekulárna bunková biológia (5. vydanie). Freeman, W. H. & Company.
  3. Nakamura, T., Zhao, Y., Yamagata, Y., Hua, Y. J., & Yang, W. (2012). Sledovanie DNA polymerázy η vytvára fosfodiesterovú väzbu. príroda, 487(7406), 196-201.
  4. Nelson, D. L., & Cox, M. M. (2009). Lehningerove zásady biochémie. Vydania Omega (5. vydanie)
  5. Oivanen, M., Kuusela, S., & Lönnberg, H. (1998). Kinetika a mechanizmy štiepenia a izomerizácie fosfodiesterových väzieb RNA bronstedickými kyselinami a zásadami \ t. Chemické recenzie, 98(3), 961-990.
  6. Pradeepkumar, P.I., Höbartner, C., Baum, D., & Silverman, S. (2008). Tvorba nukleopeptidových väzieb katalyzovaná DNA. Angewandte Chemie International Edition, 47(9), 1753-1757.
  7. Soderberg, T. (2010). Organická chémia s biologickým dôrazom Zväzok II (Vol. II). Minnesota: University of Minnesota Morris Digital Well. Zdroj: www.digitalcommons.morris.umn.edu