У фосфодиестар обвезнице су ковалентне везе који настају између два атома кисеоника једне фосфатне групе и хидроксилне групе два различита молекула. У овој врсти везе, фосфатна група делује као "мост" везивања између два молекула кроз своје атоме кисеоника.
Темељна улога фосфодиестерских веза у природи је у формирању ланаца нуклеинске киселине, и ДНК и РНА. Заједно са пентозним шећерима (деоксирибоза или рибоза, овисно о случају), фосфатне скупине су дио потпорне структуре ових важних биомолекула.
Фосфодиестерска веза у скелету ДНК (Извор: Датотека: Пхоспходиестер бонд.пнг, Датотека: ПхоспходиестерБондДиаграм.пнг: Корисник: Г3про (разговор) Корисник: Г3про на ен.википедиа.орг Деривативни рад: Корисник: Меропс (разговор) Изведени рад: Корисник : Денеапол (разговор) Дериватни рад: Корисник: КЕС47 (разговор) Подешавање текста: Инцнис Мрси (разговор) Текстуално подешавање: ДМацкс (разговор)) Деривативни рад: Корисник: Мигуелфериг (разговор) са јонизацијом, преко Викимедиа Цоммонс)
Нуклеотидни ланци ДНК или РНА, попут протеина, могу претпоставити различите тродимензионалне конформације стабилизоване нековалентним везама, као што су водоничне везе између комплементарних база.
Међутим, примарна структура је дата линеарном секвенцом нуклеотида ковалентно повезаних фосфодиестерским везама.
Како се формира фосфодиестерска веза?
Попут пептидних веза у протеинима и гликозидних веза између моносахарида, фосфодиестерске везе настају као резултат реакција дехидрације у којима се губи молекул воде. Ево опште шеме једне од ових реакција дехидрације:
ХКС 1 -ОХ + ХКС 2 ОХ → ХКС 1 -Кс 2 -ОХ + Х 2 О
Фосфатни јони одговарају потпуно депротонираној коњугираној бази фосфорне киселине и називају се анорганским фосфатима чија скраћеница је Пи. Када су две фосфатне групе повезане заједно, формира се безводна фосфатна веза и добија се молекул познат као аноргански пирофосфат или ППи.
Када је фосфатни јон везан за атом угљеника у органској молекули, хемијска веза се назива естер фосфата и резултирајућа врста је органски монофосфат. Ако се органски молекул веже за више фосфатних група, формирају се органски дифосфати или трифосфати.
Када се један молекул неорганског фосфата веже на две органске групе, користи се фосфодиестер или веза "диестер фосфата". Важно је не мешати фосфодиестерске везе са високоенергетским фосфоанхидро везама између фосфатних група у молекулама, на пример, АТП.
Разлике између фосфата и фосфорила (Извор: Стратер, путем Викимедиа Цоммонс)
Фосфодиестерске везе између суседних нуклеотида састоје се од две фосфоестерске везе које се јављају између хидроксила у положају 5 'једног нуклеотида и хидроксила на положају 3' следећег нуклеотида у ланцу ДНК или РНК.
У зависности од услова околине, ове везе се могу хидролизовати и ензимски и неензиматски.
Ензими су укључени
Формирање и прекид хемијских веза је од пресудне важности за све виталне процесе, јер их познајемо, а случај фосфодиестерских веза није изузетак.
Међу најважније ензиме који могу да формирају ове везе су ДНК или РНК полимеразе и рибозими. Ензими фосфодиестеразе могу их ензимски хидролизовати.
Током репликације, пресудни процес за ћелијску пролиферацију, у сваком реакционом циклусу дНТП (деоксинуклеотид трифосфат), комплементарни бази обрасца, је уграђен у ДНК реакцијом преноса нуклеотида.
Полимераза је одговорна за формирање нове везе између 3'-ОХ шаблона и α-фосфата дНТП, захваљујући енергији која се ослобађа разбијањем веза између α и β фосфата дНТП, који су повезани фосфоанхидро везама.
Резултат је продужење ланца једним нуклеотидом и ослобађање молекула пирофосфата (ППи) с. Утврђено је да ове реакције заслужују два двовалентна јона магнезијума (Мг 2+ ), чије присуство омогућава електростатичку стабилизацију нуклеофилних ОХ - да би се постигао приступ према активном месту ензима.
ПК а фосфодиестерске везе је близу 0, тако да су у воденом раствору ове везе потпуно јонизоване, негативно наелектрисане.
Ово даје молекулама нуклеинске киселине негативан набој, који се неутралише захваљујући ионским интеракцијама с позитивним набојима остатака аминокиселина протеина, електростатском везом са металним јонима или асоцијацијом на полиамине.
У воденом раствору фосфодиестерске везе у молекулама ДНК су много стабилније него у молекули РНА. У алкалном раствору, ове везе у молекули РНА се цепају интрамолекуларним помаком нуклеозида на 5 'крају помоћу 2' оксианиона.
Функција и примери
Као што је поменуто, најважнија улога ових веза је њихово учешће у стварању окоснице молекула нуклеинске киселине, који су један од најважнијих молекула у ћелијском свету.
Активност ензима топоизомеразе, који активно учествују у репликацији ДНК и синтези протеина, зависи од интеракције фосфодиестерских веза на 5 'крају ДНК са бочним ланцем остатака тирозина на активном месту тих ензими.
Молекуле које учествују као други гласници, као што су циклични аденозин монофосфат (цАМП) или циклички гванозин трифосфат (цГТП), поседују фосфодиестерске везе које хидролизирају специфични ензими познати као фосфодиестеразе, чије је учешће од највеће важности у многим сигналним процесима ћелијски.
Глицерофосфолипиди, основне компоненте у биолошким мембранама, састоје се од молекула глицерола који се преко фосфодиестерских веза веже за поларне „главе“ групе које чине хидрофилну област молекула.
Референце
- Фотхергилл, М., Гоодман, МФ, Петруска, Ј., Варсхел, А. (1995). Структурно-енергетска анализа улоге металних јона у хидролизи фосфодиестерске везе ДНК полимеразом И. Јоурнал оф Америцан Цхемицал Социети, 117 (47), 11619-11627.
- Лодисх, Х., Берк, А., Каисер, Калифорнија, Криегер, М., Бретсцхер, А., Плоегх, Х., Мартин, К. (2003). Молекуларна ћелијска биологија (5. изд.). Фрееман, ВХ & Цомпани.
- Накамура, Т., Зхао, И., Иамагата, И., Хуа, ИЈ, & Ианг, В. (2012). Гледање ДНК полимеразе η ствара везу фосфодиестера. Природа, 487 (7406), 196-201.
- Нелсон, ДЛ и Цок, ММ (2009). Лехнингерови принципи биохемије. Омега издања (5. изд.)
- Оиванен, М., Куусела, С. и Лоннберг, Х. (1998). Кинетика и механизми цепања и изомеризације фосфодиестерских веза РНК помоћу разграђених киселина и база. Цхемицал Ревиевс, 98 (3), 961-990.
- Прадеепкумар, ПИ, Хобартнер, Ц., Баум, Д., и Силверман, С. (2008). ДНК катализирано стварање нуклеопептидних веза. Ангевандте Цхемие Интернатионал Едитион, 47 (9), 1753–1757.
- Содерберг, Т. (2010). Органска хемија са биолошким нагласком ИИ свезак (вол. ИИ). Минесота: Универзитет Минесоте Моррис Дигитал Велл. Преузето са ввв.дигиталцоммонс.моррис.умн.еду