Linkul fosfodiester: modul în care este format, funcția și exemplele
Legăturile de fosfodiester sunt legăturile covalente care apar între doi dintre atomii de oxigen ai unei grupări fosfat și grupările hidroxil ale altor două molecule. În acest tip de legături, grupul fosfat acționează ca o "punte" de uniune stabilă între cele două molecule prin atomii lor de oxigen.
Rolul fundamental al legăturilor fosfodiestere în natură este acela al formării firelor de acid nucleic atât ale ADN cât și ale ARN. Împreună cu zaharurile de pentoză (deoxiriboză sau riboză, după caz), grupările fosfat fac parte din structura de susținere a acestor biomolecule importante.
Lanțurile nucleotidice ale ADN sau ale ARN-ului, precum proteinele, pot presupune diferite conformații tridimensionale care sunt stabilizate prin legături ne-covalente, cum ar fi legăturile de hidrogen între bazele complementare.
Cu toate acestea, structura primară este dată de secvența liniară a nucleotidelor legate covalent prin intermediul legăturilor fosfodiestere.
Cum se formează o legătură fosfodiesterică?
Ca și legăturile peptidice în proteine și legăturile glicozidice dintre monozaharide, legăturile fosfodiestere rezultă din reacțiile de deshidratare în care se pierde o moleculă de apă. Iată conturul general al uneia dintre aceste reacții de deshidratare:
HX1 -OH + HX2-OH-HX1-X2-OH + H20
Ioniții fosfați corespund bazei conjugate complet deprotonate a acidului fosforic și se numesc fosfați anorganici, abrevierea cărora este denumită Pi. Când două grupări fosfatice sunt legate împreună se formează o legătură fosfat anhidră și se obține o moleculă cunoscută ca pirofosfat anorganic sau PPi.
Atunci când un ion fosfat este atașat la un atom de carbon al unei molecule organice, legătura chimică este numită esterul fosfat, iar specia rezultată este un monofosfat organic. Dacă molecula organică se leagă la mai mult de o grupare fosfat, se formează difosfații sau trifosfații organici.
Atunci când o singură moleculă de fosfat anorganic se leagă la două grupe organice, se utilizează o legătură fosfodiesterică sau "fosfat diester". Este important să nu confundați legăturile fosfodiesterale cu legăturile fosfoanhidre cu energie înaltă între grupările fosfatice ale moleculelor cum ar fi ATP, de exemplu.
Legăturile fosfodiesterale dintre nucleotidele adiacente constau din două legături fosfoesterice care apar între hidroxil la poziția 5 'a unei nucleotide și hidroxilul la poziția 3' a următoarei nucleotide pe o catenă de ADN sau ARN.
În funcție de condițiile mediului, aceste legături pot fi hidrolizate atât enzimatic cât și non-enzimatic.
Enzime implicate
Formarea și ruperea legăturilor chimice este crucială pentru toate procesele vitale pe care le cunoaștem, iar cazul legăturilor fosfodiesterol nu este o excepție.
Printre cele mai importante enzime care pot forma aceste legături sunt ADN sau ARN polimeraze și ribozime. Enzimele fosfodiesterazice sunt capabile să le hidrolizeze enzimatic.
În timpul replicării, un proces crucial pentru proliferarea celulelor, în fiecare ciclu de reacție, un ADN (deoxinucleotid trifosfat) complementar bazei șablonului este încorporat în ADN printr-o reacție de transfer de nucleotide.
Polimeraza este responsabilă pentru formarea unei noi legături între 3'-OH a catenei șablonului și a-fosfatul dNTP, datorită energiei eliberate din defalcarea legăturilor dintre fosfații a și p ai dNTP care sunt legați prin legături de fosfoanhidru.
Rezultatul este extinderea lanțului cu o nucleotidă și eliberarea unei molecule pirofosfatice (PPi). Sa constatat că aceste reacții merită doi ioni de magneziu bivalenți (Mg2 +), a căror prezență permite stabilizarea electrostatică a nucleofilului OH - pentru a realiza aproximarea către situsul activ al enzimei.
PK a unei legături fosfodiesterol este aproape de 0, deci într-o soluție apoasă aceste legături sunt complet ionizate, încărcate negativ.
Aceasta conferă moleculelor de acid nucleic o încărcătură negativă, care este neutralizată datorită interacțiunilor ionice cu încărcăturile pozitive ale resturilor de aminoacizi proteice, legării electrostatice cu ionii metalici sau asocierii cu poliamine.
Într-o soluție apoasă, legăturile fosfodiestere din moleculele de ADN sunt mult mai stabile decât în moleculele de ARN. Într-o soluție alcalină, legăturile menționate în moleculele ARN sunt scindate prin deplasarea intramoleculară a nucleozidei la capătul 5 'printr-o oxianionă 2'.
Funcție și exemple
După cum sa menționat, rolul cel mai relevant al acestor legături este participarea lor la formarea scheletului moleculelor de acid nucleic, care sunt cele mai importante molecule din lumea celulară.
Activitatea enzimelor topoizomerazei, care sunt implicate activ în replicarea ADN și sinteza proteinelor, depinde de interacțiunea legăturilor fosfodiestere la capătul 5 'al ADN-ului cu catena laterală de resturi de tirozină la locul activ al acestora enzime.
Moleculele care participă ca mesageri secundari, cum ar fi adenozin monofosfatul ciclic (cAMP) sau guanozin trifosfatul ciclic (cGTP), au legături fosfodiesterale care sunt hidrolizate de enzime specifice, cunoscute ca fosfodiesteraze, a căror participare este de mare importanță pentru multe procese de semnalizare celulă.
Glicerofosfolipidele, componente fundamentale în membranele biologice, sunt compuse dintr-o moleculă de glicerină care este legată prin legături fosfodiesterale la grupurile polar "cap" care alcătuiesc regiunea hidrofilă a moleculei.
