Fosfodiesterová vazba, jak se tvoří, funkce a příklady

2431
Simon Doyle

The fosfodiesterové vazby jsou kovalentní vazby, které se vyskytují mezi dvěma atomy kyslíku fosfátové skupiny a hydroxylovými skupinami dvou dalších různých molekul. U tohoto typu vazby působí fosfátová skupina jako stabilní vazebný „můstek“ mezi dvěma molekulami prostřednictvím svých atomů kyslíku..

Základní úlohou fosfodiesterových vazeb v přírodě je tvorba řetězců nukleových kyselin, DNA i RNA. Spolu s pentózovými cukry (případně deoxyribózou nebo ribózou) jsou fosfátové skupiny součástí nosné struktury těchto důležitých biomolekul..

Fosfodiesterová vazba v základní DNA : Deneapol (diskuse) Derivační práce: Uživatel: KES47 (diskuse) Textové vylepšení: Incnis Mrsi (diskuse) Textové vylepšení: DMacks (diskuse)) Derivační práce: Uživatel: Miguelferig (diskuse) s ionizací [CC BY-SA 3.0 (http: //creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)], přes Wikimedia Commons)

Nukleotidové řetězce DNA nebo RNA, podobně jako proteiny, mohou nabývat různých trojrozměrných konformací, které jsou stabilizovány nekovalentními vazbami, jako jsou vodíkové vazby mezi komplementárními bázemi..

Primární struktura je však dána lineární sekvencí nukleotidů kovalentně vázaných prostřednictvím fosfodiesterových vazeb..

Rejstřík článků

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

Jak vzniká fosfodiesterová vazba?

Podobně jako peptidové vazby v proteinech a glykosidické vazby mezi monosacharidy, jsou fosfodiesterové vazby výsledkem dehydratačních reakcí, při kterých dochází ke ztrátě molekuly vody. Zde je obecné schéma jedné z těchto dehydratačních reakcí:

H-X1-OH + H-Xdva-OH → H-X1-Xdva-OH + HdvaNEBO

Fosfátové ionty odpovídají zcela deprotonované konjugované bázi kyseliny fosforečné a nazývají se anorganické fosfáty, zkráceně 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 fosfátový ion připojen k atomu uhlíku v organické molekule, chemická vazba se nazývá fosfátový ester a výsledný druh je organický monofosfát. Pokud se organická molekula váže na více než jednu fosfátovou skupinu, vznikají organické difosfáty nebo trifosfáty.

Když je jediná anorganická fosfátová molekula připojena ke dvěma organickým skupinám, použije se vazba fosfodiesteru nebo „fosfát diesteru“. Je důležité nezaměňovat fosfodiesterové vazby s vysokoenergetickými fosfoanhydro vazbami mezi fosfátovými skupinami molekul, jako je například ATP..

Rozdíly mezi fosfáty a fosforyly (Zdroj: Strater [GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html) nebo CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/ 3.0) )], přes Wikimedia Commons)

Fosfodiesterové vazby mezi sousedními nukleotidy se skládají ze dvou fosfoesterových vazeb, které se vyskytují mezi hydroxylem v poloze 5 'jednoho nukleotidu a hydroxylem v poloze 3' dalšího nukleotidu v řetězci DNA nebo RNA.

V závislosti na podmínkách prostředí mohou být tyto vazby hydrolyzovány jak enzymaticky, tak neenzymaticky..

Enzymy jsou zapojeny

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

Mezi nejdůležitější enzymy, které mohou tyto vazby tvořit, patří DNA nebo RNA polymerázy a ribozymy. Enzymy fosfodiesterázy jsou schopné je enzymaticky hydrolyzovat.

Během replikace, klíčového procesu buněčné proliferace, je v každém reakčním cyklu dNTP (deoxynukleotid trifosfát) komplementární k templátové bázi začleněn do DNA prostřednictvím reakce přenosu nukleotidů..

Polymeráza je zodpovědná za vytvoření nové vazby mezi 3'-OH templátového řetězce a a-fosfátem dNTP díky energii uvolněné z rozbití vazeb mezi α a β fosfáty dNTP, které jsou spojeny fosfoanhydro vazbami.

Výsledkem je prodloužení řetězce o jeden nukleotid a uvolnění molekuly pyrofosfátu (PPi) s. Bylo zjištěno, že tyto reakce si zaslouží dva dvojmocné ionty hořčíku (Mgdva+), jehož přítomnost umožňuje elektrostatickou stabilizaci nukleofilního OH- získat přiblížení k aktivnímu místu enzymu.

The pKna fosfodiesterové vazby je blízko 0, takže ve vodném roztoku jsou tyto vazby zcela ionizované, záporně nabité.

To dává molekulám nukleových kyselin negativní náboj, který je neutralizován díky iontovým interakcím s kladnými náboji proteinových aminokyselinových zbytků, elektrostatické vazbě s kovovými ionty nebo asociaci s polyaminy..

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

Funkce a příklady

Jak již bylo zmíněno, nejdůležitější rolí těchto vazeb je jejich účast na tvorbě páteře molekul nukleových kyselin, které jsou jednou z nejdůležitějších molekul v buněčném světě..

Aktivita enzymů topoizomerázy, které se aktivně účastní replikace DNA a syntézy proteinů, závisí na interakci fosfodiesterových vazeb na 5 'konci DNA s postranním řetězcem tyrosinových zbytků v aktivním místě těchto enzymů..

Molekuly, které se účastní jako druzí poslové, jako je cyklický adenosinmonofosfát (cAMP) nebo cyklický guanosin trifosfát (cGTP), mají fosfodiesterové vazby, které jsou hydrolyzovány specifickými enzymy známými jako fosfodiesterázy, jejichž účast je pro mnoho signalizačních procesů nanejvýš důležitá.

Glycerofosfolipidy, základní složky v biologických membránách, jsou tvořeny molekulou glycerolu, která se váže přes fosfodiesterové vazby na polární „hlavové“ skupiny, které tvoří hydrofilní oblast molekuly..

Reference

  1. Fothergill, M., Goodman, M.F., Petruska, J., & Warshel, A. (1995). Strukturně-energetická analýza role kovových iontů ve fosfodiesterové vazebné hydrolýze DNA polymerázou 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). Molekulární buněčná biologie (5. vydání). Freeman, W. H. & Company.
  3. Nakamura, T., Zhao, Y., Yamagata, Y., Hua, Y. J. a Yang, W. (2012). Sledování DNA polymerázy η vytvářející fosfodiesterovou vazbu. Příroda, 487(7406), 196-201.
  4. Nelson, D. L. a Cox, M. M. (2009). Lehningerovy principy biochemie. Edice Omega (5. vydání)
  5. Oivanen, M., Kuusela, S., a Lönnberg, H. (1998). Kinetika a mechanismy štěpení a izomerizace fosfodiesterových vazeb RNA bronstedovými kyselinami a zásadami. Chemické recenze, 98(3), 961-990.
  6. Pradeepkumar, P. I., Höbartner, C., Baum, D., & Silverman, S. (2008). Tvorba nukleopeptidových vazeb katalyzovaná DNA. Angewandte Chemie International Edition, 47(9), 1753-1757.
  7. Soderberg, T. (2010). Organická chemie s biologickým důrazem, svazek II (Sv. II). Minnesota: University of Minnesota Morris Digital Well. Citováno z www.digitalcommons.morris.umn.edu

Zatím žádné komentáře