Fosfodiester bağları , bir fosfat grubu ve iki farklı moleküllerin hidroksil grupları arasında, oksijen atomlarından ikisi arasında meydana kovalent bağlardır. Bu bağ türünde fosfat grubu, oksijen atomları aracılığıyla iki molekül arasında sabit bir bağ "köprüsü" görevi görür.
Doğadaki fosfodiester bağlarının temel rolü, hem DNA hem de RNA nükleik asit zincirlerinin oluşumudur. Pentoz şekerleri (duruma göre deoksiriboz veya riboz) ile birlikte fosfat grupları, bu önemli biyomoleküllerin destekleyici yapısının bir parçasıdır.
DNA iskeletindeki fosfodiester bağı (Kaynak: Dosya: Phosphodiester bond.png, Dosya: PhosphodiesterBondDiagram.png: Kullanıcı: G3pro (konuşma) Kullanıcı: G3pro, en.wikipedia.org Türev çalışma: Kullanıcı: Merops (konuşma) Türev çalışma: Kullanıcı : Deneapol (konuşma) Türev çalışma: Kullanıcı: KES47 (konuşma) Metin ayarlamaları: Incnis Mrsi (konuşma) Metin ayarlamaları: DMacks (konuşma)) Türev çalışma: Kullanıcı: Miguelferig (konuşma), iyonizasyonla, Wikimedia Commons aracılığıyla)
DNA veya RNA'nın nükleotid zincirleri, proteinler gibi, tamamlayıcı bazlar arasındaki hidrojen bağları gibi kovalent olmayan bağlarla stabilize edilen farklı üç boyutlu konformasyonlar üstlenebilir.
Bununla birlikte, birincil yapı, fosfodiester bağları ile kovalent olarak bağlanmış nükleotidlerin doğrusal dizisi tarafından verilmektedir.
Fosfodiester bağı nasıl oluşur?
Proteinlerdeki peptit bağları ve monosakkaritler arasındaki glikosidik bağlar gibi, fosfodiester bağları da bir su molekülünün kaybolduğu dehidrasyon reaksiyonlarından kaynaklanır. İşte bu dehidrasyon reaksiyonlarından birinin genel şeması:
HX 1 -OH + HX 2 -OH → HX 1 -X 2 -OH + H 2 O
Fosfat iyonları, fosforik asidin tamamen protondan arındırılmış konjugat bazına karşılık gelir ve kısaltması Pi olan inorganik fosfatlar olarak adlandırılır. İki fosfat grubu birbirine bağlandığında susuz bir fosfat bağı oluşur ve inorganik pirofosfat veya PPi olarak bilinen bir molekül elde edilir.
Organik bir molekülde bir karbon atomuna bir fosfat iyonu eklendiğinde, kimyasal bağa fosfat ester denir ve ortaya çıkan tür organik bir monofosfattır. Organik molekül birden fazla fosfat grubuna bağlanırsa organik difosfatlar veya trifosfatlar oluşur.
Tek bir inorganik fosfat molekülü iki organik gruba eklendiğinde, bir fosfodiester veya "fosfat diester" bağı kullanılır. Örneğin, fosfodiester bağlarını, ATP gibi moleküllerin fosfat grupları arasındaki yüksek enerjili fosfoanhidro bağlarıyla karıştırmamak önemlidir.
Fosfatlar ve fosforiller arasındaki farklar (Kaynak: Strater, Wikimedia Commons aracılığıyla)
Bitişik nükleotidler arasındaki fosfodiester bağları, bir nükleotidin 5 'pozisyonundaki hidroksil ile bir DNA veya RNA ipliğindeki bir sonraki nükleotidin 3' pozisyonundaki hidroksil arasında meydana gelen iki fosfoester bağından oluşur.
Ortam koşullarına bağlı olarak, bu bağlar hem enzimatik hem de enzimatik olmayan şekilde hidrolize edilebilir.
İlgili enzimler
Kimyasal bağların oluşumu ve kopması, bildiğimiz tüm hayati süreçler için çok önemlidir ve fosfodiester bağları durumu da bir istisna değildir.
Bu bağları oluşturabilen en önemli enzimler arasında DNA veya RNA polimerazlar ve ribozimler bulunur. Fosfodiesteraz enzimleri, onları enzimatik olarak hidrolize edebilir.
Replikasyon sırasında, hücre proliferasyonu için çok önemli bir süreç, her reaksiyon döngüsünde şablon bazını tamamlayan bir dNTP (deoksinükleotid trifosfat), bir nükleotid transfer reaksiyonu yoluyla DNA'ya dahil edilir.
Polimeraz, dNTP'nin α ve β fosfatları arasındaki bağların kopmasıyla açığa çıkan enerji sayesinde, şablon ipliğin 3'-OH'si ile dNTP'nin α-fosfatı arasında yeni bir bağ oluşturmaktan sorumludur. fosfoanhidro bağları ile.
Sonuç, zincirin bir nükleotid kadar uzatılması ve bir pirofosfat (PPi) molekülünün salınmasıdır. Reaksiyonların hak olduğu tespit edilmiştir, iki çift değerli magnezyum iyonları (Mg + 2 nükleofil OH elektrostatik stabilizasyonunu sağlar bulunması olan), - enzimin aktif bölgesinde doğru bir yaklaşım elde etmek.
PKa bir fosfodiester bağının bu bağlar tam olarak negatif, iyonize ücret için, bir sulu çözelti içinde, 0'a yakın olan.
Bu, nükleik asit moleküllerine, protein amino asit kalıntılarının pozitif yükleriyle iyonik etkileşimler, metal iyonlarla elektrostatik bağlanma veya poliaminlerle birleşme sayesinde nötralize olan negatif bir yük verir.
Sulu bir çözeltide, DNA moleküllerindeki fosfodiester bağları, RNA moleküllerinden çok daha kararlıdır. Alkali bir çözelti içinde, RNA moleküllerindeki bu bağlar, nükleositin 5 'ucunda 2' oksianyon ile molekül içi yer değiştirmesi ile bölünür.
İşlev ve örnekler
Bahsedildiği gibi, bu bağların en önemli rolü, hücresel dünyadaki en önemli moleküllerden biri olan nükleik asit moleküllerinin omurgasının oluşumuna katılımlarıdır.
DNA replikasyonuna ve protein sentezine aktif olarak katılan topoizomeraz enzimlerinin aktivitesi, DNA'nın 5 'ucundaki fosfodiester bağlarının, bunların aktif bölgesindeki tirozin kalıntılarının yan zinciriyle etkileşimine bağlıdır. enzimler.
Siklik adenozin monofosfat (cAMP) veya siklik guanozin trifosfat (cGTP) gibi ikinci haberciler olarak katılan moleküller, fosfodiesterazlar olarak bilinen spesifik enzimler tarafından hidrolize edilen fosfodiester bağlarına sahiptir ve bunların katılımı birçok sinyal işlemi için büyük önem taşır. hücresel.
Biyolojik zarlardaki temel bileşenler olan gliserofosfolipidler, molekülün hidrofilik bölgesini oluşturan polar "baş" gruplarına fosfodiester bağları yoluyla bağlanan bir gliserol molekülünden oluşur.
Referanslar
- Fothergill, M., Goodman, MF, Petruska, J. ve Warshel, A. (1995). DNA Polimeraz ile Fosfodiester Bağ Hidrolizinde Metal İyonlarının Rolünün Yapı-Enerji Analizi I. Amerikan Kimya Derneği Dergisi, 117 (47), 11619-11627.
- Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Martin, K. (2003). Moleküler Hücre Biyolojisi (5. baskı). Freeman, WH & Company.
- Nakamura, T., Zhao, Y., Yamagata, Y., Hua, YJ ve Yang, W. (2012). DNA polimerazını izlemek η bir fosfodiester bağı oluşturur. Nature, 487 (7406), 196-201.
- Nelson, DL ve Cox, MM (2009). Biyokimyanın Lehninger İlkeleri. Omega Sürümleri (5. baskı)
- Oivanen, M., Kuusela, S. ve Lönnberg, H. (1998). RNA'nın fosfodiester bağlarının bronsted asitleri ve bazları tarafından bölünmesi ve izomerizasyonu için kinetik ve mekanizmalar. Kimyasal İncelemeler, 98 (3), 961-990.
- Pradeepkumar, PI, Höbartner, C., Baum, D. ve Silverman, S. (2008). Nükleopeptit Bağlantılarının DNA ile Katalize Edilmiş Oluşumu. Angewandte Chemie International Edition, 47 (9), 1753–1757.
- Soderberg, T. (2010). Biyolojik Vurgulu Organik Kimya Cilt II (Cilt II). Minnesota: Minnesota Üniversitesi Morris Digital Well. Www.digitalcommons.morris.umn.edu adresinden erişildi