Fosfodiesterová vazba, jak je tvořena, funkce a příklady



fosfodiesterové vazby jsou to kovalentní vazby, které se vyskytují mezi dvěma atomy kyslíku fosfátové skupiny a hydroxylovými skupinami dvou dalších molekul. V tomto typu vazeb působí fosfátová skupina jako "můstek" stabilního spojení mezi dvěma molekulami prostřednictvím atomů kyslíku.

Podstatnou úlohou fosfodiesterových vazeb v přírodě je tvorba řetězců nukleové kyseliny jak DNA, tak RNA. Spolu s pentózovými cukry (deoxyribóza nebo ribóza, podle okolností) jsou fosfátové skupiny součástí podpůrné struktury těchto důležitých biomolekul.

Nukleotidové řetězce DNA nebo RNA, podobně jako proteiny, mohou mít různé trojrozměrné konformace, které jsou stabilizovány nekovalentními vazbami, jako jsou vodíkové vazby mezi komplementárními bázemi..

Primární struktura je však dána lineární sekvencí nukleotidů kovalentně vázaných fosfodiesterovými vazbami.

Index

  • 1 Jak vzniká fosfodiesterová vazba?
    • 1.1 Zapojené enzymy
  • 2 Funkce a příklady
  • 3 Odkazy

Jak vzniká fosfodiesterová vazba?

Podobně jako peptidové vazby v proteinech a glykosidických vazbách mezi monosacharidy vznikají fosfodiesterové vazby v důsledku dehydratačních reakcí, při kterých dochází ke ztrátě molekuly vody. Zde je obecný přehled jedné z těchto dehydratačních reakcí:

H-X1-OH + H-X2-OH → H-X1-X2-OH + H2O

Fosfátové ionty odpovídají zcela deprotonované konjugované bázi kyseliny fosforečné a nazývají se anorganické fosfáty, jejichž zkratka je označena jako Pi. Když jsou dvě fosfátové skupiny spojeny dohromady, vytvoří se bezvodá fosfátová vazba a získá se molekula známá jako anorganický pyrofosfát nebo PPi..

Když je iont fosfátů připojen k atomu uhlíku organické molekuly, chemická vazba se nazývá fosfátový ester a výsledný druh je organický monofosfát. Pokud se organická molekula váže na více než jednu fosfátovou skupinu, tvoří se organické difosfáty nebo trifosfáty.

Když se jedna molekula anorganického fosfátu váže na dvě organické skupiny, použije se fosfodiesterová vazba nebo "diester fosfát". Je důležité nezaměňovat fosfodiesterové vazby s vysokoenergetickými fosfoanhydro vazbami mezi fosfátovými skupinami molekul, jako je například ATP..

Fosfodiesterové vazby mezi sousedními nukleotidy se skládají ze dvou fosfosesterových vazeb, které se vyskytují mezi hydroxylovou skupinou v poloze 5 'nukleotidu a hydroxylovou skupinou v poloze 3' dalšího nukleotidu na řetězci DNA nebo RNA..

V závislosti na podmínkách média mohou být tyto vazby hydrolyzovány enzymaticky i neenzymaticky.

Zapojené enzymy

Tvorba a lámání chemických vazeb je rozhodující pro všechny životně důležité procesy, jak je známe, a případ fosfodiesterových vazeb není výjimkou..

Mezi nejdůležitější enzymy, které mohou tvořit tyto vazby, patří DNA nebo RNA polymerázy a ribozymy. Fosfodiesterázy enzymů je mohou enzymaticky hydrolyzovat.

Během replikace je rozhodující proces buněčné proliferace, v každém reakčním cyklu, dNTP (deoxynukleotid trifosfát) komplementární k templátové bázi inkorporován do DNA nukleotidovou přenosovou reakcí.

Polymeráza je zodpovědná za tvorbu nové vazby mezi 3'-OH templátového řetězce a a-fosfátu dNTP, a to díky energii uvolněné z rozpadu vazeb mezi a a p fosfáty dNTP, které jsou spojeny fosfoanhydro vazbami.

Výsledkem je prodloužení řetězce nukleotidem a uvolnění pyrofosfátové molekuly (PPi) s. Bylo zjištěno, že tyto reakce si zaslouží dva dvojmocné ionty hořčíku (Mg)2+), jehož přítomnost umožňuje elektrostatickou stabilizaci nukleofilu OH- získat aproximaci k aktivnímu místu enzymu.

pKa Fosfodiesterová vazba je blízká 0, takže ve vodném roztoku jsou tyto vazby zcela ionizovány, negativně nabity.

To dává molekulám nukleové kyseliny záporný náboj, který je neutralizován díky iontovým interakcím s pozitivními náboji proteinových aminokyselinových zbytků, elektrostatické vazbě s ionty kovů nebo asociací s polyaminy.

Ve vodném roztoku jsou fosfodiesterové vazby v molekulách DNA mnohem stabilnější než v molekulách RNA. V alkalickém roztoku jsou uvedené vazby v molekulách RNA štěpeny intramolekulárním vytěsněním nukleosidu na 5 'konci 2' oxyanionem..

Funkce a příklady

Jak bylo zmíněno, nejvýznamnější rolí těchto vazeb je jejich účast na tvorbě kostry molekul nukleových kyselin, které jsou nejdůležitějšími molekulami v buněčném světě..

Aktivita enzymů topoizomerázy, které se aktivně podílejí na replikaci DNA a syntéze proteinů, závisí na interakci fosfodiesterových vazeb na 5 'konci DNA s postranním řetězcem zbytků tyrosinu v aktivním místě těchto DNA. enzymy.

Molekuly, které se účastní jako druzí poslové, jako je cyklický adenosinový monofosfát (cAMP) nebo cyklický guanosin trifosfát (cGTP), mají fosfodiesterové vazby, které jsou hydrolyzovány specifickými enzymy známými jako fosfodiesterázy, jejichž účast má velký význam pro mnoho signálních procesů. buněčné.

Glycerofosfolipidy, základní složky biologických membrán, se skládají z molekuly glycerolu, která je vázána fosfodiesterovými vazbami na polární "hlavy" skupiny, které tvoří hydrofilní oblast molekuly..

Odkazy

  1. Fothergill, M., Goodman, M.F., Petruska, J., & Warshel, A. (1995). Strukturně-energetická analýza role kovových iontů v hydrolýze fosfodiesterových vazeb DNA polymerázou I. Journal of American Chemical Society, 117(47), 11619-11627.
  2. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C.A., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Martin, K. (2003). Molekulární buněčná biologie (5. vydání). Freeman, W. H. & Company.
  3. Nakamura, T., Zhao, Y., Yamagata, Y., Hua, Y. J., & Yang, W. (2012). Sledování DNA polymerázy η vytváří fosfodiesterovou vazbu. Příroda, 487(7406), 196-201.
  4. Nelson, D. L., & Cox, M. M. (2009). Lehningerovy principy biochemie. Vydání Omega (5. vydání)
  5. Oivanen, M., Kuusela, S., & Lönnberg, H. (1998). Kinetika a mechanismy štěpení a izomerizace fosfodiesterových vazeb RNA bronstedickými kyselinami a bázemi \ t. Chemické recenze, 98(3), 961-990.
  6. Pradeepkumar, P.I., Höbartner, C., Baum, D., & Silverman, S. (2008). Tvorba nukleopeptidových vazeb katalyzovaných DNA. Angewandte Chemie mezinárodní vydání, 47(9), 1753-1757.
  7. Soderberg, T. (2010). Organická chemie s biologickým důrazem Volume II (Vol. II). Minnesota: University of Minnesota Morris Digital Well. Získáno z www.digitalcommons.morris.umn.edu