Phosphodiester link, hvordan det dannes, funktion og eksempler



den phosphodiesterbindinger de er de kovalente bindinger der forekommer mellem to af oxygenatomerne i en phosphatgruppe og hydroxylgrupperne i to andre molekyler. I denne type bindinger virker fosfatgruppen som en "bro" af stabil union mellem de to molekyler gennem dets oxygenatomer.

Den grundlæggende rolle af phosphodiesterbindinger i naturen er den for dannelsen af ​​nukleinsyrestrengene af både DNA og RNA. Sammen med pentose sukkerarterne (deoxyribose eller ribose, som det er tilfældet) er phosphatgrupperne en del af understøttende struktur af disse vigtige biomolekyler.

Nukleotidkæderne i DNA eller RNA, som proteiner, kan antage forskellige tredimensionelle konformationer, der stabiliseres ved ikke-kovalente bindinger, såsom hydrogenbindinger mellem komplementære baser.

Den primære struktur er imidlertid givet ved den lineære sekvens af nukleotider, som er kovalent bundet af phosphodiesterbindinger.

indeks

  • 1 Hvordan en phosphodiesterbinding dannes?
    • 1.1 Enzymer involveret
  • 2 Funktion og eksempler
  • 3 referencer

Hvordan dannes en phosphodiesterbinding?

Ligesom peptidbindinger i proteiner og glycosidbindinger mellem monosaccharider og fosfodiesterbindinger skyldes dehydreringsreaktioner, hvor et vandmolekyle går tabt. Her er den generelle disposition af en af ​​disse dehydreringsreaktioner:

H-X1-OH + H-X2-OH → H-X1-X2-OH + H2O

Fosfationer svarer til den fuldstændigt deprotonerede konjugatbase af phosphorsyre og kaldes uorganiske fosfater, hvis forkortelse betegnes Pi. Når to phosphatgrupper er bundet sammen dannes der en vandfri phosphatbinding, og et molekyle kendt som uorganisk pyrophosphat eller PPi opnås.

Når en phosphation er bundet til et carbonatom af et organisk molekyle, kaldes den kemiske binding phosphatesteren, og den resulterende art er et organisk monophosphat. Hvis det organiske molekyle binder til mere end en phosphatgruppe, dannes organiske diphosphater eller trifosfater.

Når et enkelt molekyle uorganisk phosphat binder til to organiske grupper, anvendes en phosphodiesterbinding eller "diesterphosphat". Det er vigtigt ikke at forveksle phosphodiesterbindinger med høj-energi phosphoanhydrobindinger mellem phosphatgrupperne af molekyler såsom ATP, for eksempel.

Phosphodiesterbindinger mellem tilstødende nucleotider består af to phosphoester bindinger, der opstår mellem hydroxylgruppen i position 5 'af et nukleotid og hydroxylgruppen ved 3-stillingen i den næste nukleotid i en streng af DNA eller RNA.

Afhængigt af betingelserne for mediet kan disse bindinger hydrolyseres både enzymatisk og ikke-enzymatisk.

Enzymer involveret

Dannelsen og bruddet af kemiske bindinger er afgørende for alle vitale processer, som vi kender dem, og hvis der er tale om phosphodiesterbindinger, er det ikke en undtagelse.

Blandt de vigtigste enzymer, der kan danne disse bindinger, er DNA- eller RNA-polymeraser og ribozymer. Enzymerne phosphodiesteraser er i stand til at enzymatisk hydrolyse dem.

Under replikation inkorporeres en dNTP (deoxynukleotidtrifosfat) komplementær til template-basen i en DNA-reaktion ved en nukleotidoverføringsreaktion i en hver reaktionscyklus.

Polymerase håndterer danne en ny binding mellem 3'-OH af skabelonstrengen og α-phosphat af dNTP, takket være den energi, der frigives fra den fordeling af bindingerne mellem a- og p-phosphater af dNTP, som er forbundet af links fosfoanhidro.

Resultatet er forlængelsen af ​​kæden med et nukleotid og frigivelsen af ​​et pyrophosphatmolekyle (PPi) s. Det er blevet fastslået, at disse reaktioner fortjener to divalente magnesiumioner (Mg2+), hvis tilstedeværelse tillader den elektrostatiske stabilisering af nukleofilen OH- for at få tilnærmelsen til enzymets aktive site.

den pKtil af en phosphodiesterbinding er tæt på 0, så i en vandig opløsning er disse bindinger fuldstændigt ioniseret, negativt ladet.

Dette giver nukleinsyremolekyler en negativ ladning som er neutraliseret med ioniske interaktioner med de positive ladninger af aminosyrerester af proteiner, den elektrostatiske binding med metalioner eller associering med polyaminer.

I en vandig opløsning er phosphodiesterbindingerne i DNA-molekylerne langt mere stabile end i RNA-molekylerne. I en alkalisk opløsning spaltes bindingerne i RNA-molekylerne ved intramolekylær forskydning af nukleosidet ved 5'-enden af ​​en 2'-oxyanion..

Funktion og eksempler

Som nævnt er den mest relevante rolle af disse links deres deltagelse i dannelsen af ​​skeletet af nukleinsyremolekyler, som er de vigtigste molekyler i den cellulære verden.

Aktiviteten af ​​topoisomeraseenzymer som aktivt deltager i DNA-replikation og proteinsyntese, afhænger af samspillet af phosphodiesterbindinger af 5'-enden af ​​DNA med sidekæden af ​​tyrosinrester i det aktive site i disse enzymer.

Molekyler involveret som sekundære budbringere, såsom cyklisk adenosinmonophosphat (cAMP) eller cyklisk guanosintriphosphat (CGTP) har phosphodiesterbindinger, som hydrolyseres af specifikke enzymer, der kaldes phosphodiesteraser, hvis deltagelse er kritisk for mange signaleringsprocesser cellulære.

Glycerophospholipider, grundkomponenter i biologiske membraner, består af et glycerolmolekyle, som er bundet af phosphodiesterbindinger til de polære "hoved" -grupper, som udgør molekylets hydrofile region.

referencer

  1. Fothergill, M., Goodman, M.F., Petruska, J., & Warshel, A. (1995). Struktur-Energieanalyse af Metal-ionernes Rolle i Phosphodiester Bond-Hydrolyse med DNA Polymerase 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. udgave). Freeman, W. H. & Company.
  3. Nakamura, T., Zhao, Y., Yamagata, Y., Hua, Y.J., & Yang, W. (2012). At se DNA-polymerase η gør en phosphodiesterbinding. natur, 487(7406), 196-201.
  4. Nelson, D. L., & Cox, M. M. (2009). Lehninger principper for biokemi. Omega udgaver (5. udgave)
  5. Oivanen, M., Kuusela, S. & Lönnberg, H. (1998). Kinetik og mekanismer til spaltning og isomerisering af phosphodiesterbindingerne af RNA ved hjælp af bronsted syrer og baser. Kemiske anmeldelser, 98(3), 961-990.
  6. Pradeepkumar, P.I., Höbartner, C., Baum, D., & Silverman, S. (2008). DNA-katalyseret dannelse af nukleopeptidbindinger. Angewandte Chemie International Edition, 47(9), 1753-1757.
  7. Soderberg, T. (2010). Organisk kemi med biologisk vægt Volume II (Bind II). Minnesota: Universitetet i Minnesota Morris Digital Well. Hentet fra www.digitalcommons.morris.umn.edu