Fosfodiester länka hur det bildas, funktion och exempel



den fosfodiesterbindningar de är de kovalenta bindningarna som förekommer mellan två av syreatomerna i en fosfatgrupp och hydroxylgrupperna i två andra molekyler. I denna typ av bindningar verkar fosfatgruppen som en "bro" av stabil union mellan de två molekylerna genom sina syreatomer.

Den grundläggande rollen av fosfodiesterbindningar i naturen är den för bildandet av nukleinsyrasträngarna av både DNA och RNA. Tillsammans med pentosocker (deoxyribos eller ribos, i förekommande fall) är fosfatgrupperna en del av den bärande strukturen hos dessa viktiga biomolekyler.

Nukleotidkedjorna i DNA eller RNA, som proteiner, kan anta olika tredimensionella konformationer som stabiliseras av icke-kovalenta bindningar, såsom vätebindningar mellan komplementära baser.

Den primära strukturen ges emellertid av den linjära sekvensen av nukleotider bundna kovalent med fosfodiesterbindningar.

index

  • 1 Hur en fosfodiesterbindning bildas?
    • 1.1 Enzymer involverade
  • 2 Funktion och exempel
  • 3 referenser

Hur bildas en fosfodiesterbindning?

Såsom peptidbindningar i proteiner och glykosidbindningar mellan monosackarider, fosfodiesterbindningar resulterar från dehydratiseringsreaktioner i vilka en vattenmolekyl förloras. Här är den allmänna beskrivningen av en av dessa dehydreringsreaktioner:

H-X1-OH + H-X2-OH → H-X1-X2-OH + H2O

Fosfatjoner motsvarar den fullständigt deprotonerade konjugatbasen av fosforsyra och kallas oorganiska fosfater, vars förkortning betecknas Pi. När två fosfatgrupper är sammanbundna bildas en vattenfri fosfatbindning och en molekyl som är känd som oorganiskt pyrofosfat eller PPi erhålles.

När en fosfatjon är bunden till en kolatom i en organisk molekyl, kallas den kemiska bindningen fosfatestern och den resulterande arten är ett organiskt monofosfat. Om den organiska molekylen binder till mer än en fosfatgrupp bildas organiska difosfater eller trifosfater.

När en enda molekyl av oorganiskt fosfat binder till två organiska grupper används en fosfodiesterbindning eller "diesterfosfat". Det är viktigt att inte förväxla fosfodiesterbindningar med hög-energi fosforanhydrobindningar mellan fosfatgrupperna av molekyler såsom ATP, till exempel.

Fosfodiesterbindningar mellan angränsande nukleotider består av två fosfoester-bindningar som uppstår mellan hydroxylgruppen i position 5 'av en nukleotid och hydroxylgruppen vid 3-positionen av nästa nukleotid i en sträng av DNA eller RNA.

Beroende på mediets tillstånd kan dessa bindningar hydrolyseras både enzymatiskt och icke-enzymatiskt.

Enzymer involverade

Bildandet och brytningen av kemiska bindningar är avgörande för alla vitala processer som vi känner till dem, och fallet med fosfodiesterbindningar är inte ett undantag.

Bland de viktigaste enzymerna som kan bilda dessa bindningar är DNA- eller RNA-polymeraser och ribozymer. Enzymerna fosfodiesteraser kan enzymatiskt hydrolysera dem.

Under replikation inkorporeras en dNTP (deoxinukleotidtrifosfat) komplementär till mallbasen i en DNA-reaktion genom en nukleotidöverföringsreaktion.

Polymeras hanterar bilda en ny bindning mellan 3'-OH av mallsträngen och α-fosfat av dNTP, tack vare den energi som frigörs från den fördelning av bindningarna mellan a- och p-fosfater av dNTP som är anslutna av fosforanhydrobindningar.

Resultatet är förlängningen av kedjan med en nukleotid och frisättningen av en pyrofosfatmolekyl (PPi) s. Det har fastställts att dessa reaktioner förtjänar två divalenta magnesiumjoner (Mg2+), vars närvaro möjliggör elektrostatisk stabilisering av nukleofilen OH- för att få approximationen till enzymets aktiva sida.

den pKtill av ett fosfodiesterbindning är nära 0, så i en vattenhaltig lösning är dessa bindningar fullständigt joniserade, negativt laddade.

Detta ger nukleinsyramolekyler en negativ laddning som neutraliseras av joniska interaktioner med de positiva laddningarna i aminosyrarester av proteiner, den elektrostatiska bindnings med metalljoner eller associationen med polyaminer.

I en vattenhaltig lösning är fosfodiesterbindningarna i DNA-molekylerna mycket stabilare än i RNA-molekylerna. I en alkalisk lösning klyvs nämnda bindningar i RNA-molekylerna genom intramolekylär förskjutning av nukleosiden vid 5'-änden av en 2'-oxianion..

Funktion och exempel

Som nämnts är den mest relevanta rollen av dessa länkar deras deltagande i bildandet av nukleinsyramolekylers skelett, vilka är de viktigaste molekylerna i den cellulära världen.

Aktiviteten av topoisomeras enzymer som aktivt deltar i DNA-replikation och proteinsyntes, beror på samverkan av de fosfodiesterbindningar i 5 'änden av DNA med sidokedjan av tyrosinrester i det aktiva sätet av dessa enzymer.

Molekyler som är involverade som andra budbärare, såsom cykliskt adenosinmonofosfat (cAMP) eller cykliskt guanosin-trifosfat (CGTP) har fosfodiesterbindningar som hydrolyseras genom specifika enzymer kända som fosfodiesteraser, vars deltagande är avgörande för många signaleringsprocesser cellulär.

Glycerofosfolipider grundläggande komponenter i biologiska membran är sammansatta av en glycerolmolekyl som är bunden av fosfodiestergrupper av polärt "huvud" som utgör den hydrofila regionen av molekylen.

referenser

  1. Fothergill, M., Goodman, M.F., Petruska, J., & Warshel, A. (1995). Struktur-Energianalys av metalljonernas roll i fosfodiesterbindningshydrolys med DNA-polymeras I. Journal of the American Chemical Society, 117(47), 11619-11627.
  2. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C.A., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Martin, K. (2003). Molecular Cell Biology (5: e upplagan). Freeman, W.H. & Company.
  3. Nakamura, T., Zhao, Y., Yamagata, Y., Hua, Y.J., & Yang, W. (2012). Titta på DNA-polymeras η gör en fosfodiesterbindning. Nature, 487(7406), 196-201.
  4. Nelson, D. L., & Cox, M. M. (2009). Lehninger-principerna för biokemi. Omega-utgåvor (5: e upplagan)
  5. Oivanen, M., Kuusela, S., & Lönnberg, H. (1998). Kinetik och mekanismer för klyvning och isomerisering av fosfodiesterbindningarna av RNA med bronsted syror och baser. Kemiska recensioner, 98(3), 961-990.
  6. Pradeepkumar, P.I., Höbartner, C., Baum, D., & Silverman, S. (2008). DNA-katalyserad bildning av nukleopeptidbindningar. Angewandte Chemie International Edition, 47(9), 1753-1757.
  7. Soderberg, T. (2010). Organisk kemi med biologisk inriktning Volume II (Volym II). Minnesota: Universitetet i Minnesota Morris Digital Well. Hämtad från www.digitalcommons.morris.umn.edu