The bon phosphodiester adalah ikatan kovalen yang berlaku antara dua atom oksigen daripada kumpulan fosfat dan kumpulan hidroksil dua molekul yang berbeza. Dalam ikatan jenis ini, kumpulan fosfat bertindak sebagai "jambatan" ikatan yang stabil di antara kedua molekul melalui atom oksigennya.
Peranan asas ikatan fosfodiester dalam alam adalah pembentukan rantai asid nukleik, baik DNA dan RNA. Bersama dengan gula pentosa (deoxyribose atau ribose, mengikut keadaannya), kumpulan fosfat adalah sebahagian daripada struktur sokongan dari biomolekul penting ini.
Ikatan fosfodiester dalam kerangka DNA (Sumber: Fail: Phosphodiester bond.png, Fail: PhosphodiesterBondDiagram.png: Pengguna: G3pro (bincang) Pengguna: G3pro di en.wikipedia.org Karya terbitan: Pengguna: Merops (bincang) Hasil kerja terbitan: Pengguna : Deneapol (bincang) Karya terbitan: Pengguna: KES47 (bicara) Teks teks: Incnis Mrsi (bicara) Teks teks: DMacks (bicara)) Hasil terbitan: Pengguna: Miguelferig (bicara) dengan pengionan, melalui Wikimedia Commons)
Rantai nukleotida DNA atau RNA, seperti protein, dapat mengandaikan konformasi tiga dimensi yang berbeza yang distabilkan oleh ikatan bukan kovalen, seperti ikatan hidrogen antara pangkalan pelengkap.
Walau bagaimanapun, struktur utama diberikan oleh urutan linear nukleotida yang dihubungkan secara kovalen melalui ikatan fosfodiester.
Bagaimana ikatan fosfodiester terbentuk?
Seperti ikatan peptida dalam protein dan ikatan glikosidik antara monosakarida, ikatan fosfodiester terhasil daripada reaksi dehidrasi di mana molekul air hilang. Berikut adalah skema umum salah satu reaksi dehidrasi berikut:
HX 1 -OH + HX 2 -OH → HX 1 -X 2 -OH + H 2 O
Ion fosfat sesuai dengan asas konjugasi asid fosforik yang sepenuhnya deprotonated dan disebut fosfat anorganik, yang singkatannya dilambangkan sebagai Pi. Apabila dua kumpulan fosfat dihubungkan bersama, ikatan fosfat anhidrat terbentuk, dan molekul yang dikenali sebagai pirofosfat anorganik atau PPi diperoleh.
Apabila ion fosfat dilampirkan ke atom karbon dalam molekul organik, ikatan kimia disebut ester fosfat, dan spesies yang dihasilkan adalah monofosfat organik. Sekiranya molekul organik mengikat lebih daripada satu kumpulan fosfat, maka difosfat organik atau trifosfat terbentuk.
Apabila satu molekul fosfat bukan organik dilampirkan pada dua kumpulan organik, ikatan fosfodiester atau "fosfat diester" digunakan. Penting untuk tidak mengelirukan ikatan fosfodiester dengan ikatan fosfanhydro tenaga tinggi antara kumpulan fosfat dalam molekul seperti ATP, misalnya.
Perbezaan antara fosfat dan fosforil (Sumber: Strater, melalui Wikimedia Commons)
Hubungan fosfodiester antara nukleotida bersebelahan terdiri daripada dua kaitan fosforester yang berlaku antara hidroksil pada kedudukan 5 'satu nukleotida dan hidroksil pada kedudukan 3' nukleotida seterusnya dalam untaian DNA atau RNA.
Bergantung pada keadaan persekitaran, ikatan ini dapat dihidrolisis baik secara enzimatik dan bukan enzimatik.
Enzim yang terlibat
Pembentukan dan pemecahan ikatan kimia sangat penting untuk semua proses penting seperti yang kita ketahui, dan kes ikatan fosfodiester tidak terkecuali.
Antara enzim terpenting yang dapat membentuk ikatan ini adalah DNA atau RNA polimerase dan ribozim. Enzim fosfodiesterase mampu menghidrolisis secara enzimatik.
Semasa replikasi, proses penting untuk percambahan sel, dalam setiap kitaran reaksi dNTP (deoksinukleotida trifosfat) yang melengkapi asas templat dimasukkan ke dalam DNA melalui reaksi pemindahan nukleotida.
Polimerase bertanggungjawab untuk membentuk ikatan baru antara 3'-OH dari helai templat dan α-fosfat dNTP, berkat tenaga yang dikeluarkan dari pemutusan ikatan antara fosfat α dan β dari dNTP, yang dihubungkan oleh ikatan phosphoanhydro.
Hasilnya adalah pemanjangan rantai oleh satu nukleotida dan pembebasan molekul pirofosfat (PPi) s. Telah ditentukan bahawa tindak balas ini memerlukan dua ion magnesium divalen (Mg 2+ ), kehadirannya memungkinkan penstabilan elektrostatik nukleofil OH - untuk mencapai pendekatan ke arah tapak aktif enzim.
PK a ikatan fosfodiester hampir dengan 0, jadi dalam larutan berair ikatan ini terionisasi sepenuhnya, dicas negatif.
Ini memberikan molekul asid nukleik cas negatif, yang dinetralkan berkat interaksi ionik dengan muatan positif residu asid amino protein, ikatan elektrostatik dengan ion logam, atau hubungan dengan poliamina.
Dalam larutan berair ikatan fosfodiester dalam molekul DNA jauh lebih stabil daripada molekul RNA. Dalam larutan alkali, ikatan-ikatan ini dalam molekul RNA dipecah oleh anjakan nukleosida intramolekul pada hujung 5 'oleh oksanion 2'.
Fungsi dan contoh
Seperti yang disebutkan, peranan ikatan yang paling relevan adalah penyertaan mereka dalam pembentukan tulang belakang molekul asid nukleik, yang merupakan salah satu molekul terpenting dalam dunia selular.
Kegiatan enzim topoisomerase, yang secara aktif mengambil bahagian dalam replikasi DNA dan sintesis protein, bergantung pada interaksi ikatan fosfodiester pada akhir 5 'DNA dengan rantai sampingan residu tirosin di tapak aktif ini enzim.
Molekul yang mengambil bahagian sebagai utusan kedua, seperti siklon adenosin monofosfat (cAMP) atau sikuan guanosin trifosfat (cGTP), mempunyai ikatan fosfodiester yang dihidrolisis oleh enzim tertentu yang dikenali sebagai fosfodiesterase, yang penyertaannya sangat penting bagi banyak proses isyarat selular.
Gliserofosfolipid, komponen asas dalam membran biologi, terdiri daripada molekul gliserol yang dilekatkan melalui ikatan fosfodiester ke kumpulan "kepala" polar yang membentuk kawasan hidrofilik molekul.
Rujukan
- Fothergill, M., Goodman, MF, Petruska, J., & Warshel, A. (1995). Analisis Struktur-Tenaga Peranan Ikon Logam dalam Hidrolisis Ikatan Phosphodiester oleh DNA Polimerase I. Jurnal Persatuan Kimia Amerika, 117 (47), 11619-11627.
- Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Martin, K. (2003). Biologi Sel Molekul (edisi ke-5). Freeman, WH & Syarikat.
- Nakamura, T., Zhao, Y., Yamagata, Y., Hua, YJ, & Yang, W. (2012). Menonton DNA polimerase η membuat ikatan fosfodiester. Alam, 487 (7406), 196-201.
- Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Prinsip Biokimia Lehninger. Edisi Omega (edisi ke-5)
- Oivanen, M., Kuusela, S., & Lönnberg, H. (1998). Kinetik dan mekanisme untuk pembelahan dan isomerisasi ikatan fosfodiester RNA oleh asid dan basa bronsted. Ulasan Kimia, 98 (3), 961-990.
- Pradeepkumar, PI, Höbartner, C., Baum, D., & Silverman, S. (2008). Pembentukan DNA-Pemangkinan Nukleopeptida Berkaitan. Angewandte Chemie International Edition, 47 (9), 1753–1757.
- Soderberg, T. (2010). Kimia Organik Dengan Penekanan Biologi Jilid II (Jilid II). Minnesota: Telaga Digital Universiti Minnesota Morris. Diperolehi dari www.digitalcommons.morris.umn.edu