Σύνδεσμος φωσφοδιεστέρα πώς σχηματίζεται, λειτουργία και παραδείγματα



Το φωσφοδιεστερικών δεσμών αυτοί είναι οι ομοιοπολικοί δεσμοί που συμβαίνουν μεταξύ δύο ατόμων οξυγόνου μιας φωσφορικής ομάδας και των ομάδων υδροξυλίου δύο άλλων μορίων. Σε αυτόν τον τύπο δεσμών η φωσφορική ομάδα δρα ως «γέφυρα» σταθερής ένωσης μεταξύ των δύο μορίων μέσω των ατόμων οξυγόνου της.

Ο θεμελιώδης ρόλος των φωσφοδιεστερικών δεσμών στη φύση είναι αυτός του σχηματισμού των κλώνων νουκλεϊκού οξέος τόσο του ϋΝΑ όσο και του RNA. Μαζί με τα σάκχαρα πεντόζης (δεοξυριβόζη ή ριβόζη, ανάλογα με την περίπτωση) οι φωσφορικές ομάδες αποτελούν μέρος της υποστηρικτικής δομής αυτών των σημαντικών βιομορίων.

Οι νουκλεοτιδικές αλυσίδες του DNA ή του RNA, όπως και των πρωτεϊνών, μπορούν να υποθέσουν διαφορετικές τρισδιάστατες διαμορφώσεις που σταθεροποιούνται από μη ομοιοπολικούς δεσμούς, όπως δεσμοί υδρογόνου μεταξύ συμπληρωματικών βάσεων.

Εν τούτοις, η πρωτογενής δομή δίνεται από τη γραμμική αλληλουχία νουκλεοτιδίων ομοιοπολικά συνδεδεμένων με φωσφοδιεστερικούς δεσμούς.

Ευρετήριο

  • 1 Πώς σχηματίζεται ένας δεσμός φωσφοδιεστέρα?
    • 1.1 Ενζυμα εμπλεκομενα
  • 2 Λειτουργία και παραδείγματα
  • 3 Αναφορές

Πώς σχηματίζεται ένας δεσμός φωσφοδιεστέρα?

Καθώς οι πεπτιδικούς δεσμούς σε πρωτεΐνες και γλυκοσιδικούς δεσμούς μεταξύ μονοσακχαρίτες, διασυνδέσεις φωσφοδιεστέρα που προκύπτουν από αντιδράσεις αφυδάτωσης στην οποία ένα μόριο νερού χάνεται. Εδώ είναι το γενικό περίγραμμα μίας από αυτές τις αντιδράσεις αφυδάτωσης:

H-X1-ΟΗ + Η-Χ2-ΟΗ → Η-Χ1-Χ2-ΟΗ + Η2Ο

Τα φωσφορικά ιόντα αντιστοιχούν στην πλήρως αποπρωτονιωμένη βάση συζυγούς φωσφορικού οξέος και καλούνται ανόργανα φωσφορικά άλατα, η συντομογραφία των οποίων συμβολίζεται με Pi. Όταν δύο φωσφορικές ομάδες συνδέονται μαζί σχηματίζεται ένας άνυδρος φωσφορικός δεσμός και λαμβάνεται ένα μόριο γνωστό ως ανόργανο πυροφωσφορικό ή ΡΡΙ.

Όταν ένα φωσφορικό ιόν συνδέεται με ένα άτομο άνθρακα ενός οργανικού μορίου, ο χημικός δεσμός ονομάζεται φωσφορικός εστέρας και το προκύπτον είδος είναι ένα οργανικό μονοφωσφορικό. Εάν το οργανικό μόριο δεσμεύεται σε περισσότερες από μία φωσφορικές ομάδες, σχηματίζονται οργανικά διφωσφορικά ή τριφωσφορικά.

Όταν ένα μόνο μόριο ανόργανου φωσφορικού δεσμεύεται σε δύο οργανικές ομάδες, χρησιμοποιείται ένας δεσμός φωσφοδιεστέρα ή "φωσφορικός διεστέρας". Είναι σημαντικό να μην συγχέονται οι δεσμοί φωσφοδιεστέρα με φωσφοανυδρο-δεσμούς υψηλής ενέργειας μεταξύ των φωσφορικών ομάδων μορίων όπως το ΑΤΡ, για παράδειγμα.

Δεσμούς φωσφοδιεστέρα μεταξύ παρακείμενων νουκλεοτιδίων αποτελούνται από δύο δεσμούς φωσφοεστέρα που συμβαίνουν μεταξύ του υδροξυλίου στη θέση 5 «ενός νουκλεοτιδίου και του υδροξυλίου στη θέση 3» του επόμενου νουκλεοτιδίου σε ένα κλώνο DNA ή RNA.

Ανάλογα με τις συνθήκες του μέσου, αυτοί οι δεσμοί μπορούν να υδρολυθούν τόσο ενζυματικά όσο και μη ενζυματικά.

Συμπεριλαμβάνονται τα ένζυμα

Ο σχηματισμός και η διάσπαση των χημικών δεσμών είναι καθοριστικής σημασίας για όλες τις ζωτικές διαδικασίες όπως τις γνωρίζουμε και η περίπτωση των φωσφοδιεστερικών δεσμών δεν αποτελεί εξαίρεση.

Μεταξύ των σημαντικότερων ενζύμων που μπορούν να σχηματίσουν αυτούς τους δεσμούς είναι DNA ή RNA πολυμεράσες και ριβοένζυμα. Τα ένζυμα φωσφοδιεστεράσες είναι ικανά να υδρολυθούν ενζυματικά.

Κατά τη διάρκεια της αντιγραφής, μια κρίσιμη διαδικασία για τον πολλαπλασιασμό των κυττάρων, σε κάθε κύκλο αντίδρασης ενσωματώνεται ένα dNTP (τριφωσφορικό δεσοξυνουκλεοτίδιο) συμπληρωματικό προς τη βασική μήτρα στο DNA με μια αντίδραση μεταφοράς νουκλεοτιδίων.

Πολυμεράση χειρίζεται σχηματίσουν ένα νέο δεσμό μεταξύ του 3'-ΟΗ του κλώνου εκμαγείου και του α-φωσφορικού του dNTP, χάρη στην ενέργεια που απελευθερώνεται από τη διάσπαση των δεσμών μεταξύ των α και β φωσφορικά των dNTP που συνδέονται από φωσφοανυδροϋδροξυ δεσμούς.

Το αποτέλεσμα είναι η επέκταση της αλυσίδας από ένα νουκλεοτίδιο και η απελευθέρωση ενός μορίου πυροφωσφορικού (ΡΡΙ) s. Έχει διαπιστωθεί ότι αυτές οι αντιδράσεις αξίζουν δύο δισθενή ιόντα μαγνησίου (Mg2+), η παρουσία των οποίων επιτρέπει την ηλεκτροστατική σταθεροποίηση του πυρηνόφιλου ΟΗ- για να επιτευχθεί η προσέγγιση στην ενεργό θέση του ενζύμου.

Το pKα ενός δεσμού φωσφοδιεστέρα είναι κοντά στο 0, έτσι σε ένα υδατικό διάλυμα αυτοί οι δεσμοί ιονίζονται πλήρως, αρνητικά φορτισμένοι.

Αυτό δίνει μόρια νουκλεϊκού οξέος ένα αρνητικό φορτίο το οποίο εξουδετερώνεται με ιοντικές αλληλεπιδράσεις με τα θετικά φορτία του υπολείμματα αμινοξέων των πρωτεϊνών, δέσμευση η ηλεκτροστατική με ιόντα μετάλλου ή με τη σύνδεση με πολυαμίνες.

Σε ένα υδατικό διάλυμα οι δεσμοί φωσφοδιεστέρα στα μόρια DNA είναι πολύ πιο σταθεροί από ότι στα μόρια του RNA. Σε ένα αλκαλικό διάλυμα, οι εν λόγω δεσμοί στα μόρια RNA διασπώνται με ενδομοριακή μετατόπιση του νουκλεοσιδίου στο 5 'άκρο με ένα 2' οξυάνιο..

Λειτουργία και παραδείγματα

Όπως αναφέρθηκε, ο πιο σημαντικός ρόλος αυτών των δεσμών είναι η συμμετοχή τους στο σχηματισμό του σκελετού των μορίων νουκλεϊκού οξέος, τα οποία είναι τα πιο σημαντικά μόρια στον κυτταρικό κόσμο.

Η δραστικότητα των ενζύμων τοποϊσομεράσης που συμμετέχουν ενεργά στην αντιγραφή του DNA και την πρωτεϊνική σύνθεση, εξαρτάται από την αλληλεπίδραση των φωσφοδιεστερικών δεσμών των 5 «άκρο του DNA με την πλευρική αλυσίδα των υπολειμμάτων τυροσίνης σε δραστική θέση αυτών ένζυμα.

Μόρια που εμπλέκονται ως δεύτεροι αγγελιοφόροι, όπως κυκλικής μονοφωσφορικής αδενοσίνης (cAMP) ή κυκλική γουανοσίνη τριφωσφορική (CGTP) έχουν διασυνδέσεις φωσφοδιεστέρα που υδρολύονται από συγκεκριμένα ένζυμα γνωστά ως φωσφοδιεστεράσες, η συμμετοχή των οποίων είναι κρίσιμη για πολλές διαδικασίες σηματοδότησης κυτταρικός.

Τα γλυκεροφωσφολιπίδια θεμελιώδη συστατικά σε βιολογικές μεμβράνες αποτελούνται από ένα μόριο γλυκερόλης που δεσμεύεται από ομάδες φωσφοδιεστέρων των πολικών «κεφαλής» που αποτελεί την υδρόφιλη περιοχή του μορίου.

Αναφορές

  1. Fothergill, Μ., Goodman, Μ.Ρ., Petruska, J. & Warshel, Α. (1995). Ανάλυση δομής-ενέργειας του ρόλου των μεταλλικών ιόντων στην υδρόλυση του φωσφοδιεστέρα του δεσμού με πολυμεράση ϋΝΑ. Εφημερίδα της Αμερικανικής Χημικής Εταιρείας, 117(47), 11619-11627.
  2. Οι Lodish, H., Berk, Α., Kaiser, C.A., Krieger, Μ., Bretscher, Α., Ploegh, Η., Martin, Κ. (2003). Molecular Cell Biology (5η έκδοση). Freeman, W. Η. & Company.
  3. Nakamura, Τ., Zhao, Υ., Yamagata, Υ., Hua, Υ. J. & Yang, W. (2012). Παρακολουθώντας την ϋΝΑ πολυμεράση η δημιουργούν δεσμό φωσφοδιεστέρα. Φύση, 487(7406), 196-201.
  4. Nelson, D. L., & Cox, Μ. Μ. (2009). Αρχές Lehninger της Βιοχημείας. Εκδόσεις Omega (5η έκδοση)
  5. Oivanen, Μ., Kuusela, S., & Lönnberg, Η. (1998). Οι κινητικές και οι μηχανισμοί διάσπασης και ισομερισμού των φωσφοδιεστερικών δεσμών του RNA με βρογχικά οξέα και βάσεις. Χημικές ανασκοπήσεις, 98(3), 961-990.
  6. Pradeepkumar, Ρ.Ι., Höbartner, C., Baum, D., & Silverman, S. (2008). Καταλύτης καταλυόμενης από ϋΝΑ νουκλεοτιπεπτιδικών δεσμών. Angewandte Chemie International Edition, 47(9), 1753-1757.
  7. Soderberg, Τ. (2010). Οργανική Χημεία Με Βιολογική Έμφαση Τόμος ΙΙ (Τόμος II). Μινεσότα: Πανεπιστήμιο της Μινεσότα Morris Digital Well. Ανακτήθηκε από τη διεύθυνση www.digitalcommons.morris.umn.edu