Fosfodiestri seos, kuidas see moodustub, funktsioon ja näited



The fosfodiestri sidemed need on kovalentsed sidemed, mis esinevad kahe fosfaatrühma hapniku aatomi ja kahe teise molekuli hüdroksüülrühmade vahel. Seda tüüpi sidemetes toimib fosfaatrühm kahe molekuli vahelise stabiilse liidu "sildana" läbi hapniku aatomite.

Fosfodiestri sidemete põhiline roll looduses on nii DNA kui ka RNA nukleiinhappejääkide moodustumine. Koos pentoossuhkrutega (vastavalt vajadusele deoksüriboos või riboos) on fosfaadirühmad osa nende oluliste biomolekulide tugistruktuurist..

DNA või RNA nukleotiidahelad, nagu valgud, võivad eeldada erinevaid kolmemõõtmelisi konformatsioone, mida stabiliseerivad mittekovalentsed sidemed, nagu vesiniksidemed komplementaarsete aluste vahel.

Primaarset struktuuri annab siiski fosfodiestersidemetega kovalentselt seotud nukleotiidide lineaarne järjestus.

Indeks

  • 1 Kuidas moodustub fosfodiestri side?
    • 1.1 Asjaomased ensüümid
  • 2 Funktsioon ja näited
  • 3 Viited

Kuidas moodustub fosfodiestri side?

Sarnaselt peptiidsidemetega valkudes ja glükosiidsidemetes monosahhariidide vahel, tulenevad fosfodiestri sidemed dehüdratsioonireaktsioonidest, milles kaob vee molekul. Siin on üks neist dehüdratsioonireaktsioonidest:

H-X1-OH + H-X2-OH → H-X1-X2-OH + H2O

Fosfaatioonid vastavad fosforhappe täielikult deprotoonitud konjugaadialusele ja neid nimetatakse anorgaanilisteks fosfaatideks, mille lühendit tähistatakse Pi-ga. Kui kaks fosfaadirühma on omavahel seotud, moodustub veevaba fosfaadi side ja saadakse anorgaanilise pürofosfaadi või PPi tuntud molekul..

Kui fosfaatioon on ühendatud orgaanilise molekuli süsinikuaatomi külge, nimetatakse keemilist sidet fosfaatesteriks ja saadud liik on orgaaniline monofosfaat. Kui orgaaniline molekul seondub rohkem kui ühe fosfaatrühmaga, moodustuvad orgaanilised difosfaadid või trifosfaadid.

Kui üks anorgaanilise fosfaadi molekul seondub kahe orgaanilise rühmaga, kasutatakse fosfodiestri sidet või "diesterfosfaati". Oluline on mitte segi ajada fosfodiestri sidemeid suure energiaga fosfoanhüdro sidemetega molekulide, näiteks ATP, fosfaatrühmade vahel..

Külgnevate nukleotiidide vahelised fosfodiestri sidemed koosnevad kahest fosfoestri sidest, mis esinevad nukleotiidi 5 'positsioonis oleva hüdroksüüli ja järgmise nukleotiidi 3' positsioonis oleva hüdroksüüli vahel DNA või RNA ahelas.

Sõltuvalt söötme tingimustest võib neid sidemeid hüdrolüüsida nii ensümaatiliselt kui ka mitte-ensümaatiliselt.

Ensüümid

Keemiliste sidemete moodustamine ja purustamine on oluline kõigi oluliste protsesside jaoks, nagu me neid teame, ja fosfodiestersidemete juhtum ei ole erand.

Kõige olulisemate ensüümide hulka, mis võivad neid sidemeid moodustada, on DNA või RNA polümeraasid ja ribosüümid. Fosfodiesteraaside ensüümid on võimelised neid ensümaatiliselt hüdrolüüsima.

Replikatsiooni ajal, mis on rakkude proliferatsiooni oluline protsess, lisatakse igas reaktsioonitsüklis dNTP (deoksünukleotiidtrifosfaat), mis on komplementaarne matriitsialusega, DNA-sse nukleotiidülekande reaktsiooniga..

Polümeraas vastutab uue sideme moodustamise eest tempermalli 3'-OH ja dNTP α-fosfaadi vahel, tänu energiale, mis vabaneb dNTP α ja β fosfaatide vaheliste sidemete lagunemisest, mis on seotud fosfoanhüdro sidemetega.

Tulemuseks on ahela laiendamine nukleotiidiga ja pürofosfaadi molekuli (PPi) vabanemine. On kindlaks tehtud, et need reaktsioonid väärivad kahte kahevalentset magneesiumiooni (Mg2+), mille olemasolu võimaldab nukleofiilse OH elektrostaatilist stabiliseerimist- ensüümi aktiivse saidi lähendamiseks.

The pKa fosfodiestri sideme lähedus on 0, nii et vesilahuses on need sidemed täielikult ioniseeritud, negatiivselt laetud.

See annab nukleiinhappemolekulidele negatiivse laengu, mis neutraliseeritakse tänu ioonsetele interaktsioonidele valgu aminohappejääkide positiivsete laengutega, elektrostaatilisele sidumisele metalliioonidega või seostamisega polüamiinidega.

Vesilahuses on DNA molekulides olevad fosfodiestri sidemed palju stabiilsemad kui RNA molekulides. Leeliselises lahuses lõhustatakse nimetatud sidemeid RNA molekulides nukleosiidi molekulisisese nihkega 5'-otsas 2'-oksüaniooniga..

Funktsioon ja näited

Nagu mainitud, on nende seoste kõige olulisem roll nende osalemine nukleiinhappemolekulide karkassi loomisel, mis on raku maailma kõige olulisemad molekulid.

Topoisomeraasi ensüümide aktiivsus, mis on aktiivselt seotud DNA replikatsiooni ja valgu sünteesiga, sõltub fosfodiestri sidemete interaktsioonist DNA 5'-otsas nende türosiinijääkide külgahelaga nende aktiivses kohas. ensüümid.

Molekulidena, mis osalevad teise sõnumitoojana, nagu tsükliline adenosiinmonofosfaat (cAMP) või tsükliline guanosiintrifosfaat (cGTP), on fosfodiestri sidemed, mis hüdrolüüsitakse spetsiifiliste ensüümide poolt, mida tuntakse fosfodiesteraasidena, mille osalemine on paljude signaalimisprotsesside jaoks väga oluline. rakulised.

Bioloogiliste membraanide põhikomponendid on glütserofosfolipiidid, mis koosnevad glütseroolimolekulist, mis on seotud fosfodiestersidemetega polaarsete "pea" rühmadega, mis moodustavad molekuli hüdrofiilse piirkonna..

Viited

  1. Fothergill, M., Goodman, M.F., Petruska, J., ja Warshel, A. (1995). Metalli ioonide struktuuri ja energia analüüs DNA polümeraasi I fosfodiestri sidumise hüdrolüüsil \ t. American Chemical Society ajakiri, 117(47), 11619-11627.
  2. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C. A., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Martin, K. (2003). Molekulaarrakkude bioloogia (5. väljaanne). Freeman, W. H. & Company.
  3. Nakamura, T., Zhao, Y., Yamagata, Y., Hua, Y. J. ja Yang, W. (2012). DNA polümeraasi η vaatamine teeb fosfodiestri sideme. Loodus, 487(7406), 196-201.
  4. Nelson, D. L., & Cox, M. M. (2009). Lehningeri biokeemia põhimõtted. Omega väljaanded (5. väljaanne)
  5. Oivanen, M., Kuusela, S., & Lönnberg, H. (1998). Kineetika ja mehhanismid RNA fosfodiestri sidemete lõhustamiseks ja isomerisatsiooniks bronstitud hapete ja alustega. Keemilised ülevaated, 98(3), 961-990.
  6. Pradeepkumar, P.I, Höbartner, C., Baum, D., ja Silverman, S. (2008). Nukleopeptiidsidemete DNA-katalüüsitud moodustumine. Angewandte Chemie International Edition, 47(9), 1753-1757.
  7. Soderberg, T. (2010). Orgaaniline keemia bioloogilise rõhuga II köide (Vol. II). Minnesota: Minnesota ülikool Morris Digital Well. Välja otsitud aadressilt www.digitalcommons.morris.umn.edu