Phosphodiester-link hoe het wordt gevormd, functie en voorbeelden



de fosfodiester-bindingen het zijn de covalente bindingen die voorkomen tussen twee van de zuurstofatomen van een fosfaatgroep en de hydroxylgroepen van twee andere moleculen. In dit type bindingen fungeert de fosfaatgroep als een "brug" van stabiele vereniging tussen de twee moleculen door zijn zuurstofatomen.

De fundamentele rol van fosfodiesterbindingen in de natuur is die van de vorming van de nucleïnezuurstrengen van zowel DNA als RNA. Samen met de pentosesuikers (desoxyribose of ribose, naargelang het geval) maken de fosfaatgroepen deel uit van de ondersteunende structuur van deze belangrijke biomoleculen.

De nucleotide-ketens van DNA of RNA, zoals eiwitten, kunnen verschillende driedimensionale conformaties aannemen die zijn gestabiliseerd door niet-covalente bindingen, zoals waterstofbruggen tussen complementaire basen.

De primaire structuur wordt echter gegeven door de lineaire sequentie van nucleotiden die covalent gebonden zijn door fosfodiesterbindingen.

index

  • 1 Hoe een fosfodiesterbinding wordt gevormd?
    • 1.1 Enzymen betrokken
  • 2 Functie en voorbeelden
  • 3 referenties

Hoe een fosfodiesterbinding wordt gevormd?

Net als peptidebindingen in eiwitten en glycosidebindingen tussen monosacchariden, zijn fosfodiesterbindingen het gevolg van dehydratatiereacties waarbij een molecuul water verloren gaat. Hier is de algemene schets van een van deze uitdrogingsreacties:

H-X1-OH + H-X2-OH → H-X1-X2-OH + H2O

Fosfaationen komen overeen met de volledig gedeprotoneerde geconjugeerde base van fosforzuur en worden anorganische fosfaten genoemd, de afkorting waarvan wordt aangeduid met Pi. Wanneer twee fosfaatgroepen aan elkaar worden gekoppeld, wordt een watervrije fosfaatbinding gevormd en wordt een molecuul bekend als anorganisch pyrofosfaat of PPi verkregen.

Wanneer een fosfaation wordt gehecht aan een koolstofatoom van een organisch molecuul, wordt de chemische binding de fosfaatester genoemd en is de resulterende soort een organisch monofosfaat. Als het organische molecuul aan meer dan één fosfaatgroep bindt, worden organische difosfaten of trifosfaten gevormd.

Wanneer een enkel molecuul van anorganisch fosfaat aan twee organische groepen bindt, wordt een fosfodiësterbinding of "diesterfosfaat" gebruikt. Het is belangrijk om fosfodiesterbindingen niet te verwarren met hoogenergetische fosfo-anhydro-bindingen tussen de fosfaatgroepen van moleculen zoals ATP, bijvoorbeeld.

Fosfodiester bindingen tussen aangrenzende nucleotiden uit twee fosfo bindingen die liggen tussen de hydroxyl op plaats 5 'van een nucleotide en de hydroxylgroep op de 3' positie van het volgende nucleotide in één streng van DNA of RNA.

Afhankelijk van de omstandigheden van het medium, kunnen deze bindingen zowel enzymatisch als niet-enzymatisch worden gehydrolyseerd.

Enzymen betrokken

De vorming en het verbreken van chemische bindingen is cruciaal voor alle vitale processen zoals we die kennen, en het geval van fosfodiesterbindingen is geen uitzondering.

Tot de belangrijkste enzymen die deze bindingen kunnen vormen, behoren DNA- of RNA-polymerasen en ribozymen. De enzymen fosfodiesterasen zijn in staat om ze enzymatisch te hydrolyseren.

Tijdens replicatie, een cruciaal proces voor celproliferatie, wordt in elke reactiecyclus een dNTP (deoxynucleotide-trifosfaat) complementair aan de sjabloonbasis in het DNA opgenomen door een nucleotide-overdrachtsreactie..

Polymerase handgrepen vormen een nieuwe binding tussen de 3'-OH van de matrijsstreng en α-fosfaat van de dNTP, dankzij de energie die vrijkomt uit de afbraak van de bindingen tussen de α en β fosfaten van dNTP zijn verbonden door koppelingen fosfoanhidro.

Het resultaat is de verlenging van de keten door een nucleotide en de afgifte van een pyrofosfaatmolecuul (PPi). Er is vastgesteld dat deze reacties twee tweewaardige magnesiumionen verdienen (mg2+), waarvan de aanwezigheid de elektrostatische stabilisatie van de nucleofiele OH mogelijk maakt- om de approximatie naar de actieve site van het enzym te krijgen.

de pKnaar van een fosfodiësterbinding ligt dicht bij 0, dus in een waterige oplossing zijn deze bindingen volledig geïoniseerd, negatief geladen.

Dit geeft nucleïnezuurmoleculen die een negatieve lading geneutraliseerd door ionische interacties met de positieve ladingen van de aminozuurresiduen van eiwitten, de elektrostatische binding met metaalionen of associatie met polyaminen.

In een waterige oplossing zijn de fosfodiesterbindingen in de DNA-moleculen veel stabieler dan in de RNA-moleculen. In een alkalische oplossing worden de genoemde bindingen in de RNA-moleculen gesplitst door intramoleculaire verplaatsing van het nucleoside aan het 5'-uiteinde door een 2'-oxyanion..

Functie en voorbeelden

Zoals gezegd, is de meest relevante rol van deze banden hun deelname aan de vorming van het skelet van nucleïnezuurmoleculen, die de belangrijkste moleculen in de cellulaire wereld zijn.

De activiteit van topo-isomerase enzymen die actief deelneemt bij DNA replicatie en eiwitsynthese, afhankelijk van de wisselwerking van de fosfodiester bindingen van het 5'-uiteinde van DNA met de zijketen van tyrosine residuen in de actieve plaats van deze enzymen.

Moleculen betrokken als tweede messengers, zoals cyclisch adenosinemonofosfaat (cAMP) of cyclisch guanosine trifosfaat (CGTP) hebben fosfodiëster bindingen die gehydrolyseerd door specifieke enzymen bekend als fosfodiesterases, waarvan de deelname essentieel voor veel signaleringsprocessen cellulair.

Glycerofosfolipiden basiscomponenten in biologische membranen bestaan ​​uit een glycerol molecuul die wordt gebonden fosfodiester groepen polaire "kop" die het hydrofiele gebied van het molecuul.

referenties

  1. Fothergill, M., Goodman, M.F., Petruska, J., & Warshel, A. (1995). Structuur-energieanalyse van de rol van metaalionen in fosfodiësterbinding Hydrolyse door 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). Moleculaire celbiologie (5de ed.). Freeman, W. H. & Company.
  3. Nakamura, T., Zhao, Y., Yamagata, Y., Hua, Y. J., & Yang, W. (2012). Kijken naar DNA-polymerase η maak een fosfodiesterbinding. natuur, 487(7406), 196-201.
  4. Nelson, D. L., & Cox, M. M. (2009). Lehninger Principles of Biochemistry. Omega-edities (5de ed.)
  5. Oivanen, M., Kuusela, S., & Lönnberg, H. (1998). Kinetiek en mechanismen voor de splitsing en isomerisatie van de fosfodiesterbindingen van RNA door bronstedzuren en -basen. Chemische beoordelingen, 98(3), 961-990.
  6. Pradeepkumar, P.I., Höbartner, C., Baum, D., & Silverman, S. (2008). DNA-gekatalyseerde vorming van nucleotide-verbindingen. Angewandte Chemie International Edition, 47(9), 1753-1757.
  7. Soderberg, T. (2010). Organische chemie met een biologische nadruk Volume II (Deel II). Minnesota: University of Minnesota Morris Digital Well. Opgehaald van www.digitalcommons.morris.umn.edu