The phosphodiester saites ir kovalentās saites, kas rodas starp diviem skābekļa atomiem fosfāta grupu un hidroksilgrupām divu dažādu molekulām. Šāda veida saitēs fosfātu grupa darbojas kā stabils saites "tilts" starp abām molekulām caur to skābekļa atomiem.
Fosfodiesteru saišu galvenā loma dabā ir nukleīnskābju ķēžu, gan DNS, gan RNS, veidošanā. Kopā ar pentozes cukuriem (atkarībā no gadījuma, dezoksiribozi vai ribozi), fosfātu grupas ir šo svarīgo biomolekulu nesošās struktūras sastāvdaļa.
Fosfodiestera saite DNS skeletā (Avots: Fails: Phosphodiester bond.png, Fails: PhosphodiesterBondDiagram.png: Lietotājs: G3pro (saruna) Lietotājs: G3pro vietnē en.wikipedia.org Atvasināts darbs: Lietotājs: Merops (saruna) Atvasināts darbs: Lietotājs : Deneapol (saruna) Atvasināts darbs: Lietotājs: KES47 (saruna) Teksta tweaks: Incnis Mrsi (saruna) Teksta tweaks: DMacks (saruna)) Atvasināts darbs: Lietotājs: Miguelferig (saruna) ar jonizāciju, izmantojot Wikimedia Commons)
DNS vai RNS nukleotīdu ķēdes, tāpat kā olbaltumvielas, var uzņemties dažādas trīsdimensiju konformācijas, kuras stabilizē nekovalentās saites, piemēram, ūdeņraža saites starp komplementārām bāzēm.
Tomēr primāro struktūru piešķir nukleotīdu lineārā secība, kas kovalenti savienota ar fosfodiestera saitēm.
Kā veidojas fosfodiestera saite?
Tāpat kā peptīdu saites olbaltumvielās un glikozīdu saites starp monosaharīdiem, arī fosfodiestera saites rodas dehidratācijas reakcijās, kurās tiek zaudēta ūdens molekula. Šeit ir vispārīga shēma vienai no šīm dehidratācijas reakcijām:
HX 1 -OH + HX 2 -OH → HX 1 -X 2 -OH + H 2 O
Fosfāta joni atbilst fosforskābes pilnīgi deprotonētajai konjugētajai bāzei un tiek saukti par neorganiskajiem fosfātiem, kuru saīsinājums apzīmēts ar Pi. Kad divas fosfātu grupas ir savstarpēji saistītas, veidojas bezūdens fosfāta saite un tiek iegūta molekula, kas pazīstama kā neorganiskais pirofosfāts vai PPi.
Kad fosfāta jons ir pievienots oglekļa atomam organiskā molekulā, ķīmisko saiti sauc par fosfāta esteri, un iegūtā suga ir organiskais monofosfāts. Ja organiskā molekula saistās ar vairāk nekā vienu fosfātu grupu, veidojas organiskie difosfāti vai trifosfāti.
Kad viena neorganiska fosfāta molekula ir pievienota divām organiskām grupām, tiek izmantota fosfodiestera vai "fosfāta diestera" saite. Ir svarīgi nejaukt fosfodiesteru saites ar augstas enerģijas fosfoanhidrāta saitēm starp molekulu fosfātu grupām, piemēram, ATP.
Atšķirības starp fosfātiem un fosforiliem (Avots: Strater, izmantojot Wikimedia Commons)
Fosfodiestera saites starp blakus esošajiem nukleotīdiem sastāv no divām fosfestera saitēm, kas notiek starp hidroksiliem viena nukleotīda 5 'stāvoklī un hidroksiliem nākamā nukleotīda 3' stāvoklī DNS vai RNS virknē.
Atkarībā no vides apstākļiem šīs saites var hidrolizēt gan fermentatīvi, gan bez enzimātiski.
Iesaistītie fermenti
Ķīmisko saišu veidošanās un sadalīšana ir būtiska visiem dzīvībai svarīgiem procesiem, kā mēs tos pazīstam, un fosfodiestera saišu gadījums nav izņēmums.
Starp vissvarīgākajiem fermentiem, kas var veidot šīs saites, ir DNS vai RNS polimerāzes un ribozīmi. Fosfodiesterāzes fermenti spēj fermentatīvi tos hidrolizēt.
Replikācijas laikā, kas ir izšķirošs šūnu proliferācijas process, katrā reakcijas ciklā ar nukleotīdu pārnešanas reakciju DNS tiek iestrādāts dNTP (dezoksinukleotīda trifosfāts), kas papildina šablona bāzi.
Polimerāze ir atbildīga par jaunas saites veidošanos starp šablona šķiedras 3'-OH un dNTP α-fosfātu, pateicoties enerģijai, kas izdalās, saplīstot saitēm starp dNTP α un β fosfātiem, kas ir saistīti ar fosfoanhidrāta saitēm.
Rezultāts ir ķēdes pagarinājums par vienu nukleotīdu un pirofosfāta (PPi) molekulas atbrīvošana. Tika noteikts, ka šīm reakcijām ir vajadzīgi divi divvērtīgi magnija joni (Mg 2+ ), kuru klātbūtne ļauj nukleofila OH elektrostatiski stabilizēt - lai sasniegtu pieeju fermenta aktīvajai vietai.
PK of a phosphodiester bond ir tuvu 0, tā ūdens šķīdumā, šīs obligācijas tiek pilnīgi jonizē, negatīvi lādētu.
Tas nukleīnskābju molekulām piešķir negatīvu lādiņu, kas tiek neitralizēts, pateicoties jonu mijiedarbībai ar olbaltumvielu aminoskābju atlikumu pozitīvajiem lādiņiem, elektrostatiskajai saiknei ar metāla joniem vai asociācijai ar poliamīniem.
Ūdens šķīdumā fosfodiestera saites DNS molekulās ir daudz stabilākas nekā RNS molekulās. Sārmainā šķīdumā šīs saites RNS molekulās tiek sadalītas, nukleozīdu intramolekulāri pārvietojot 5 'galā ar 2' oksianionu.
Funkcija un piemēri
Kā minēts, šo saišu visatbilstošākā loma ir to līdzdalība nukleīnskābju molekulu mugurkaula veidošanā, kas ir viena no vissvarīgākajām molekulām šūnu pasaulē.
Topoizomerāzes enzīmu, kas aktīvi piedalās DNS replikācijā un olbaltumvielu sintēzē, aktivitāte ir atkarīga no fosfodiestera saišu mijiedarbības DNS 5 'galā ar tirozīna atlikumu sānu ķēdi šo aktīvajā vietā. fermenti.
Molekulām, kas piedalās kā otrie kurjeri, piemēram, cikliskajam adenozīna monofosfātam (cAMP) vai cikliskajam guanosīna trifosfātam (cGTP), ir fosfodiesteru saites, kuras hidrolizē specifiski fermenti, kas pazīstami kā fosfodiesterāzes, kuru dalība ir ārkārtīgi svarīga daudzos signalizācijas procesos. šūnu.
Glicerofosfolipīdi, kas ir bioloģisko membrānu pamatkomponenti, sastāv no glicerīna molekulas, kas caur fosfodiestera saitēm ir piestiprināta pie polārajām "galvas" grupām, kas veido molekulas hidrofilo reģionu.
Atsauces
- Fothergill, M., Goodman, MF, Petruska, J., & Warshel, A. (1995). Metāla jonu lomas struktūras un enerģijas analīze fosfodiestera savienojumu hidrolīzē ar DNS polimerāzes palīdzību. American Chemical Society žurnāls, 117 (47), 11619-11627.
- Lodish, H., Berks, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Martin, K. (2003). Molekulāro šūnu bioloģija (5. izdevums). Freeman, WH & Company.
- Nakamura, T., Zhao, Y., Yamagata, Y., Hua, YJ, & Yang, W. (2012). Vērojot DNS polimerāzi η, veidojas fosfodiestera saite. Daba, 487 (7406), 196-201.
- Nelsons, DL, & Cox, MM (2009). Lehingera bioķīmijas principi. Omega izdevumi (5. izdevums)
- Oivanen, M., Kuusela, S., & Lönnberg, H. (1998). RNS fosfodiestera saišu šķelšanas un izomerizācijas kinētika un mehānismi ar bronskābēm un bāzēm. Chemical Reviews, 98 (3), 961–990.
- Pradeepkumar, PI, Höbartner, C., Baum, D., and Silverman, S. (2008). Nukleopeptīdu saišu DNS katalizēta veidošanās. Angewandte Chemie International Edition, 47 (9), 1753–1757.
- Soderbergs, T. (2010). Organiskā ķīmija ar bioloģisko uzsvaru II sējums (II sējums). Minesota: Minesotas Universitāte, Morris Digital Well. Iegūts no vietnes www.digitalcommons.morris.umn.edu