Fosfodiester povezuje, kako se oblikuje, funkcijo in primere



The fosfodiestrske vezi to so kovalentne vezi, ki se pojavljajo med dvema kisikovima atomoma fosfatne skupine in hidroksilnimi skupinami dveh drugih molekul. V tej vrsti vezi deluje fosfatna skupina kot "most" stabilne zveze med dvema molekulama preko kisikovih atomov.

Osnovna vloga fosfodiesterskih vezi v naravi je tvorba verig nukleinske kisline tako DNA kot RNA. Skupaj s pentoznimi sladkorji (deoksiribozo ali ribozo) so fosfatne skupine del podporne strukture teh pomembnih biomolekul.

Nukleotidne verige DNA ali RNA, kot so proteini, lahko prevzamejo različne tridimenzionalne konformacije, ki so stabilizirane z nekovalentnimi vezmi, kot so vodikove vezi med komplementarnimi bazami.

Vendar pa primarno strukturo daje linearna sekvenca nukleotidov, ki so kovalentno vezani s fosfodiestrskimi vezmi.

Indeks

  • 1 Kako nastane fosfodiesterska vez?
    • 1.1 Vključeni encimi
  • 2 Funkcija in primeri
  • 3 Reference

Kako nastane fosfodiesterska vez?

Tako kot peptidne vezi v beljakovinah in glikozidne vezi med monosaharidi, fosfodiestrske vezi nastanejo zaradi dehidracijskih reakcij, pri katerih se izgubi molekula vode. Tukaj je splošni oris ene od teh reakcij dehidracije:

H-X1-OH + H-X2-OH → H-X1-X2-OH + H2O

Fosfatni ioni ustrezajo popolnoma deprotonirani konjugirani bazi fosforne kisline in se imenujejo anorganski fosfati, katerih kratica je označena s Pi. Kadar sta dve fosfatni skupini med seboj povezani, se tvori brezvodna fosfatna vez in dobimo molekulo, znano kot anorganski pirofosfat ali PPi..

Kadar je fosfatni ion povezan z ogljikovim atomom organske molekule, se kemijska vez imenuje fosfatni ester in nastala vrsta je organski monofosfat. Če se organska molekula veže na več kot eno skupino fosfatov, nastanejo organski difosfati ali trifosfati..

Če se ena molekula anorganskega fosfata veže na dve organski skupini, se uporabi fosfodiestrska vez ali "diester fosfat". Pomembno je, da fosfodiesterske vezi ne zamenjamo z visokoenergetskimi fosfoanhidro vezmi med fosfatnimi skupinami molekul, kot je ATP.

Fosfodiesterske vezi med sosednjimi nukleotidov sestoji iz dveh fosfoesterni vezi, ki nastanejo med hidroksila v legi 5 'iz nukleotida in hidroksila na 3' pozicijo naslednjega nukleotida v eno verigo DNA ali RNA.

Glede na pogoje gojišča lahko te vezi hidroliziramo tako encimsko kot neenzimsko.

Vpleteni encimi

Oblikovanje in lomljenje kemičnih vezi je ključnega pomena za vse vitalne procese, kot jih poznamo, in primer fosfodiesterskih vezi ni izjema..

Med najpomembnejšimi encimi, ki lahko tvorijo te vezi, so DNA ali RNA polimeraze in ribozimi. Encimi fosfodiesteraze lahko encimsko hidrolizirajo.

Med replikacijo, ki je ključni proces za celično proliferacijo, je v vsakem reakcijskem ciklu dNTP (deoksinukleotid trifosfat), ki je dopolnjen s šablonsko bazo, vključen v DNA s prenosom nukleotidne reakcije.

Polimerazo ročaji se tvori nova vez med 3'-OH na matrična veriga in a-fosfata v dNTP, zahvaljujoč energije sprosti z razgradnjo vezi med a in beta fosfati dNTP, ki so povezani s fosfoanhidro vezmi.

Rezultat je podaljšanje verige z nukleotidom in sproščanje pirofosfatne molekule (PPi) s. Ugotovili smo, da te reakcije zaslužijo dva dvovalentna magnezijeva iona (Mg2+), katerih prisotnost omogoča elektrostatično stabilizacijo nukleofila OH- da bi dobili približek aktivnemu mestu encima.

The pKa fosfodiestrske vezi je blizu 0, tako da so v vodni raztopini te vezi popolnoma ionizirane, negativno nabite.

To daje nukleinska kislina molekule negativen naboj, ki je nevtralizirana z ionskimi interakcijami z pozitivnih nabojev v aminokislinskih ostankov proteinov, elektrostatični vezavnih s kovinskimi ioni ali regija s poliamini.

V vodni raztopini so fosfodiestrske vezi v molekulah DNA veliko bolj stabilne kot v molekulah RNA. V alkalni raztopini so omenjene vezi v molekulah RNA odcepljene z intramolekularnim premikom nukleozida na 5 'koncu z 2' oksianionom..

Funkcija in primeri

Kot že omenjeno, je najpomembnejša vloga teh povezav njihova udeležba pri oblikovanju okostja molekul nukleinskih kislin, ki so najpomembnejše molekule v celičnem svetu..

Aktivnost topoizomerazni encimov, ki aktivno sodelujejo pri replikacijo DNK in sintezo proteinov, odvisno od medsebojnega delovanja fosfodiesterske vezi 5 'koncu DNK s stranske verige ostankov tirozin v aktivno mesto te encimi.

Molekul, vpletenih kot drugi sli, kot cikličnega adenozin monofosfata (cAMP) ali cikličnega gvanozin trifosfata (CGTP) imajo fosfodiestrskih vezi, ki jih hidroliziramo s posebnimi encimi, znanih kot fosfodiesteraz, katerih sodelovanje je ključnega pomena za številne postopke signalizaciji celični.

Glicerofosfolipidov bistvenih elementov v bioloških membran so sestavljeni iz molekule glicerola, ki je vezan z fosfodiesterske skupine polarnega "glave" tvori hidrofilno regijo molekule.

Reference

  1. Fothergill, M., Goodman, M.F., Petruska, J., & Warshel, A. (1995). Strukturno-energetska analiza vloge kovinskih ionov v hidrolizi fosfodiesterskih vezi s DNA polimerazo 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). Molekularna celična biologija (5. izd.). Freeman, W. H. & Company.
  3. Nakamura, T., Zhao, Y., Yamagata, Y., Hua, Y., & Yang, W. (2012). Gledanje DNA polimeraze η naredi fosfodiestrsko vez. Narava, 487(7406), 196-201.
  4. Nelson, D.L., & Cox, M. M. (2009). Lehningerjeva načela biokemije. Omega izdaje (5. izd.)
  5. Oivanen, M., Kuusela, S., in Lönnberg, H. (1998). Kinetika in mehanizmi za cepitev in izomerizacijo fosfodiesterskih vezi RNA s kislinami in bazami bronstedov. Kemijske ocene, 98(3), 961-990.
  6. Pradeepkumar, P., Höbartner, C., Baum, D., in Silverman, S. (2008). DNA-katalizirana tvorba nukleopeptidnih povezav. Angewandte Chemie International Edition, 47(9), 1753-1757.
  7. Soderberg, T. (2010). Organska kemija z biološkim poudarkom II (Vol. II). Minnesota: Univerza v Minnesoti Morris Digital Well. Vzpostavljeno iz www.digitalcommons.morris.umn.edu