Фосфодіестер зв'язує те, як він формується, функція і приклади

The фосфодіефірні зв'язки вони є ковалентними зв'язками, що відбуваються між двома атомами кисню фосфатної групи і гідроксильними групами двох інших молекул. У цьому типі зв'язків фосфатна група діє як «міст» стабільного союзу між двома молекулами через його атоми кисню.

Принципова роль фосфодіефірних зв'язків у природі полягає у формуванні ниток нуклеїнової кислоти як ДНК, так і РНК. Поряд з пентозними цукрами (дезоксирибоза або рибоза, в залежності від обставин) фосфатні групи є частиною підтримуючої структури цих важливих біомолекул.

Нуклеотидні ланцюги ДНК або РНК, подібно білків, можуть приймати різні тривимірні конформації, які стабілізуються нековалентними зв'язками, такими як водневі зв'язки між комплементарними основами.

Однак первинну структуру дає лінійна послідовність нуклеотидів, ковалентно зв'язаних фосфодіефірними зв'язками.

Індекс

• 1 Як формується фосфодіефірна зв'язок?
  • 1.1 Залучені ферменти
• 2 Функції та приклади
• 3 Посилання

Як формується фосфодіефірна зв'язок?

Подібно до пептидних зв'язків у білках і глікозидних зв'язків між моносахаридами, фосфодіефірні зв'язки виникають в результаті реакцій дегідратації, в яких молекула води втрачається. Ось загальний огляд однієї з цих реакцій зневоднення:

H-X₁-OH + H-X₂-OH → H-X₁-X₂-OH + H₂O

Фосфатні іони відповідають повністю депротонированному кон'югованому підставі фосфорної кислоти і називаються неорганічними фосфатами, абревіатура яких позначається Pi. Коли дві фосфатні групи пов'язані між собою, утворюється безводний фосфатний зв'язок і отримується молекула, відома як неорганічний пірофосфат або PPi..

Коли фосфатний іон приєднаний до атома вуглецю органічної молекули, хімічний зв'язок називається фосфатним ефіром, а отриманий вид є органічним монофосфатом. Якщо органічна молекула зв'язується з більш ніж однією фосфатною групою, утворюються органічні дифосфати або трифосфати..

Коли одна молекула неорганічного фосфату зв'язується з двома органічними групами, використовується фосфодіефірна зв'язок або "діестер фосфат". Важливо не плутати фосфодіефірні зв'язки з високоенергетичними фосфоангідро зв'язками між фосфатними групами молекул, такими як АТФ, наприклад.

Фосфодіефірні зв'язки між сусідніми нуклеотидами складаються з двох фосфоефірних зв'язків, які відбуваються між гідроксилом в 5 'положенні нуклеотиду і гідроксилом в 3' положенні наступного нуклеотиду на ланцюзі ДНК або РНК.

Залежно від умов середовища ці зв'язки можна гідролізувати як ферментативно, так і неферментативно.

Залучені ферменти

Формування та розрив хімічних зв'язків має вирішальне значення для всіх життєво важливих процесів, як ми їх знаємо, а випадок фосфодіестерних зв'язків не є винятком.

Серед найбільш важливих ферментів, які можуть утворювати ці зв'язки, є ДНК- або РНК-полімерази і рібозіми. Ферменти фосфодіестерази здатні ферментативно гідролізувати їх.

Під час реплікації, який є вирішальним процесом клітинної проліферації, в кожному циклі реакції dNTP (дезоксинуклеотид трифосфат), комплементарний до бази шаблону, вбудовується в ДНК за допомогою реакції перенесення нуклеотидів.

Полімераза відповідальна за формування нової зв'язку між 3'-OH з шаблону нитки і α-фосфату dNTP, завдяки енергії, що виділяється при розпаді зв'язків між α і β фосфатами dNTP, які пов'язані між собою. за допомогою фосфоангидросвязи.

Результатом є розширення ланцюга нуклеотидом і вивільнення пірофосфатної молекули (PPi) s. Встановлено, що ці реакції заслуговують двох іонів двовалентного магнію (Mg²⁺), наявність яких дозволяє проводити електростатичну стабілізацію нуклеофила ОН^- для отримання наближення до активного сайту ферменту.

The pK_a фосфодіефірного зв'язку близька до 0, тому в водному розчині ці зв'язки повністю іонізовані, негативно заряджені.

Це дає молекулам нуклеїнової кислоти негативний заряд, який нейтралізується завдяки іонним взаємодіям з позитивними зарядами білкових амінокислотних залишків, до електростатичного зв'язування з іонами металів або до асоціації з поліамінами..

У водному розчині фосфодіефірні зв'язки в молекулах ДНК набагато стабільніші, ніж у молекулах РНК. У лужному розчині ці зв'язки в молекулах РНК розщеплюються шляхом внутрішньомолекулярного зміщення нуклеозиду на 5'-кінці 2-оксианионом..

Функція та приклади

Як уже згадувалося, найважливішою роллю цих зв'язків є участь у формуванні скелета молекул нуклеїнових кислот, які є найважливішими молекулами клітинного світу..

Активність ферментів топоізомерази, які активно беруть участь у реплікації ДНК і синтезі білка, залежить від взаємодії фосфодіефірних зв'язків на 5 'кінці ДНК з бічним ланцюгом залишків тирозину на активному сайті цих \ t ферментів.

Молекули, які беруть участь у якості вторинних месенджерів, такі як циклічний аденозинмонофосфат (цАМФ) або циклічний гуанозинтрифосфат (cGTP), мають фосфодіефірні зв'язки, які гідролізуються специфічними ферментами, відомими як фосфодіестерази, участь яких має велике значення для багатьох сигнальних процесів стільниковий.

Гліцерофосфоліпіди, фундаментальні компоненти в біологічних мембранах, складаються з молекули гліцерину, яка пов'язана фосфодіестерними зв'язками з полярними "головними" групами, які складають гідрофільні області молекули.

Список літератури

1. Fothergill, M., Goodman, M.F., Petruska, J., & Warshel, A. (1995). Структурно-енергетичний аналіз ролі іонів металів у гідролізі фосфодіефірної зв'язки з ДНК-полімеразою I \ t. Журнал Американського хімічного товариства, 117(47), 11619-11627.
2. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C.A., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Martin, K. (2003). Молекулярна клітинна біологія (5-е изд.). Freeman, W. H. & Company.
3. Nakamura, Т., Zhao, Y., Yamagata, Y., Hua, Y.J., & Yang, W. (2012). Спостереження за ДНК-полімеразою η роблять фосфодіефірною зв'язком. Природа, 487(7406), 196-201.
4. Нельсон, Д. Л., & Кокс, М. М. (2009). Принципи біохімії Ленінгера. Видання Omega (5-е изд.)
5. Oivanen, M., Kuusela, S., & Lönnberg, H. (1998). Кінетика та механізми розщеплення та ізомеризації фосфодіефірних зв'язків РНК з кислотами та підставами бронстів. Хімічні огляди, 98(3), 961-990.
6. Pradeepkumar, P.I., Höbartner, C., Baum, D., & Silverman, S. (2008). ДНК-каталізована формація нуклеопептидних зв'язків. Angewandte Chemie International Edition, 47(9), 1753-1757.
7. Soderberg, T. (2010). Органічна хімія з біологічним акцентом Том II (Том II). Міннесота: Університет Міннесоти Морріс Цифровий Ну. Отримано з сайту www.digitalcommons.morris.umn.edu