Fosfodiester binder hvordan den dannes, funksjon og eksempler

De fosfodiesterbindinger er de kovalente bindinger som oppstår mellom to av oksygenatomene i en fosfatgruppe og hydroksylgruppene i to andre forskjellige molekyler. I denne typen binding fungerer fosfatgruppen som en stabil bindings "bro" mellom de to molekylene gjennom oksygenatomer..

Den grunnleggende rollen som fosfodiesterbindinger i naturen er dannelsen av nukleinsyrekjeder, både DNA og RNA. Sammen med pentosesukkerne (deoksyribose eller ribose, alt etter omstendighetene), er fosfatgruppene en del av bærestrukturen til disse viktige biomolekylene..

Nukleotidkjedene til DNA eller RNA, som proteiner, kan anta forskjellige tredimensjonale konformasjoner som er stabilisert av ikke-kovalente bindinger, slik som hydrogenbindinger mellom komplementære baser..

Imidlertid er den primære strukturen gitt av den lineære sekvensen av nukleotider kovalent bundet via fosfodiesterbindinger..

Artikkelindeks

• 1 Hvordan dannes en fosfodiesterbinding?
  • 1.1 Enzymer involvert
• 2 Funksjon og eksempler
• 3 Referanser

Hvordan dannes en fosfodiesterbinding?

Som peptidbindinger i proteiner og glykosidbindinger mellom monosakkarider, skyldes fosfodiesterbindinger dehydrasjonsreaksjoner der et vannmolekyl går tapt. Her er den generelle skjemaet for en av disse dehydratiseringsreaksjonene:

H-X₁-OH + H-X_to-OH → H-X₁-X_to-OH + H_toELLER

Fosfationer tilsvarer den fullstendig deprotonerte konjugatbasen av fosforsyre og kalles uorganiske fosfater, forkortet Pi. Når to fosfatgrupper er koblet sammen, dannes en vannfri fosfatbinding, og et molekyl kjent som uorganisk pyrofosfat eller PPi oppnås..

Når et fosfation er festet til et karbonatom i et organisk molekyl, kalles den kjemiske bindingen en fosfatester, og den resulterende arten er et organisk monofosfat. Hvis det organiske molekylet binder seg til mer enn en fosfatgruppe, dannes organiske difosfater eller trifosfater.

Når et enkelt uorganisk fosfatmolekyl er bundet til to organiske grupper, benyttes en fosfodiester- eller "fosfatdiester" -binding. Det er viktig å ikke forveksle fosfodiesterbindinger med høyenergifosfoanhydrobindinger mellom fosfatgruppene av molekyler som for eksempel ATP..

Fosfodiesterbindinger mellom tilstøtende nukleotider består av to fosfoesterbindinger som oppstår mellom hydroksylen i 5'-posisjonen til ett nukleotid og hydroksylet i 3'-posisjonen til neste nukleotid i en DNA- eller RNA-streng.

Avhengig av forholdene i miljøet, kan disse bindingene hydrolyseres både enzymatisk og ikke-enzymatisk..

Enzymer involvert

Dannelse og brudd av kjemiske bindinger er avgjørende for alle vitale prosesser slik vi kjenner dem, og tilfellet med fosfodiesterbindinger er ikke noe unntak..

Blant de viktigste enzymene som kan danne disse bindingene, er DNA- eller RNA-polymeraser og ribozymer. Fosfodiesterase-enzymer er i stand til å hydrolysere dem enzymatisk.

Under replikasjon er en viktig prosess for celleproliferasjon, i hver reaksjonssyklus innlemmet et dNTP (deoksynukleotidtrifosfat) komplementært til malbasen i DNA gjennom en nukleotidoverføringsreaksjon..

Polymerasen er ansvarlig for å danne en ny binding mellom 3'-OH av malstrengen og α-fosfat av dNTP, takket være energien som frigjøres fra brytningen av bindingene mellom α og β fosfater av dNTP, som er bundet av fosfoanhydrobindinger.

Resultatet er utvidelsen av kjeden med ett nukleotid og frigjøringen av et molekyl av pyrofosfat (PPi). Disse reaksjonene er bestemt å fortjene to toverdige magnesiumioner (Mg^to+), hvis tilstedeværelse tillater den elektrostatiske stabiliseringen av nukleofil OH^- for å få tilnærmingen til det aktive stedet for enzymet.

De pK_til av en fosfodiesterbinding er nær 0, så i en vandig løsning er disse bindingene fullstendig ionisert, negativt ladet.

Dette gir nukleinsyremolekyler en negativ ladning, som nøytraliseres takket være ioniske interaksjoner med de positive ladningene av proteinaminosyrerester, elektrostatisk binding med metallioner, eller tilknytning til polyaminer..

I en vandig løsning er fosfodiesterbindinger i DNA-molekyler mye mer stabile enn i RNA-molekyler. I alkalisk løsning spaltes disse bindingene i RNA-molekyler ved intramolekylær forskyvning av nukleosidet i 5'-enden av en 2'-oksianion.

Funksjon og eksempler

Som nevnt er den mest relevante rollen til disse bindingene deres deltakelse i dannelsen av ryggraden i nukleinsyremolekyler, som er en av de viktigste molekylene i den mobile verden..

Aktiviteten til topoisomerase-enzymer, som aktivt deltar i DNA-replikasjon og proteinsyntese, avhenger av samspillet mellom fosfodiesterbindinger i 5'-enden av DNA og sidekjeden av tyrosinrester på det aktive stedet for disse enzymene.

Molekyler som deltar som andre budbringere, for eksempel syklisk adenosinmonofosfat (cAMP) eller syklisk guanosintrifosfat (cGTP), har fosfodiesterbindinger som hydrolyseres av spesifikke enzymer kjent som fosfodiesteraser, hvis deltakelse er av største betydning for mange signalprosesser mobile.

Glyserofosfolipider, grunnleggende komponenter i biologiske membraner, består av et glyserolmolekyl som binder seg gjennom fosfodiesterbindinger til de polære "hode" -gruppene som utgjør den hydrofile regionen av molekylet..

Referanser

1. Fothergill, M., Goodman, M. F., Petruska, J., & Warshel, A. (1995). Struktur-energianalyse av rollen til metallioner i fosfodiesterbindingshydrolyse 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). Molekylær cellebiologi (5. utg.). Freeman, W. H. & Company.
3. Nakamura, T., Zhao, Y., Yamagata, Y., Hua, Y. J., & Yang, W. (2012). Ser DNA-polymerase η lage en fosfodiesterbinding. Natur, 487(7406), 196-201.
4. Nelson, D. L., og Cox, M. M. (2009). Lehninger prinsipper for biokjemi. Omega-utgaver (5. utg.)
5. Oivanen, M., Kuusela, S., & Lönnberg, H. (1998). Kinetikk og mekanismer for spaltning og isomerisering av fosfodiesterbindinger av RNA av bronsyrede syrer og baser. Kjemiske anmeldelser, 98(3), 961-990.
6. Pradeepkumar, P. I., Höbartner, C., Baum, D., & Silverman, S. (2008). DNA-katalysert dannelse av nukleopeptidbindinger. Angewandte Chemie International Edition, 47(9), 1753-1757.
7. Soderberg, T. (2010). Organisk kjemi med biologisk vekt Volum II (Bind II). Minnesota: University of Minnesota Morris Digital Well. Hentet fra www.digitalcommons.morris.umn.edu