Fosfodiester bağları, bir fosfat grubunun iki oksijen atomu ile diğer iki molekülün hidroksil grupları arasında ortaya çıkan kovalent bağlardır. Bu tür bağlarda fosfat grubu, iki molekül arasında oksijen atomları aracılığıyla dengeli bir birleşimin "köprüsü" olarak görev yapar.
Fosfodiester bağlarının doğadaki en önemli rolü, hem DNA hem de RNA'nın nükleik asit tellerinin oluşmasıdır. Pentoz şekerleriyle birlikte (duruma göre deoksiriboz veya riboz), fosfat grupları bu önemli biyomoleküllerin destekleyici yapısının bir parçasıdır.
Proteinler gibi DNA veya RNA'nın nükleotit zincirleri, tamamlayıcı bazlar arasındaki hidrojen bağları gibi kovalent olmayan bağlarla dengelenen farklı üç boyutlu konformasyonları alabilir.
Bununla birlikte, birincil yapı, fosfodiester bağları vasıtasıyla kovalent olarak bağlanan nükleotidlerin doğrusal dizilimi ile verilmektedir.
Fosfodiester bağı nasıl oluşur?
Proteinlerdeki peptit bağları ve monosakaritler arasındaki glikosidik bağlar gibi, fosfodiester bağları da bir su molekülünün kaybolduğu dehidrasyon reaksiyonlarından kaynaklanmaktadır. İşte bu dehidrasyon reaksiyonlarından birinin genel taslağı:
HX1-OH + HX2-OH → HX1-X2-OH + H20
Fosfat iyonları tamamen fosforik asidin tamamen parçalanmış konjugat bazına karşılık gelir ve kısaltması Pi olarak adlandırılan 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.
Bir organik molekülün bir karbon atomuna bir fosfat iyonu eklendiğinde, kimyasal bağa fosfat ester denir ve elde edilen tür bir organik monofosfattır. Organik molekül birden fazla fosfat grubuna bağlanırsa, organik difosfatlar veya trifosfatlar oluşur.
Tek bir inorganik fosfat molekülü iki organik gruba bağlandığında, bir fosfodiester bağı veya "diester fosfat" kullanılır. Fosfodiester bağlarının, örneğin ATP gibi moleküllerin fosfat grupları arasındaki yüksek enerjili fosfoanhidro bağlarla karıştırılmaması önemlidir.
Komşu nükleotitler arasındaki fosfodiester bağları, bir nükleotidin 5 'pozisyonunda hidroksil ile bir DNA veya RNA teli üzerindeki bir sonraki nükleotidin 3' pozisyonunda hidroksil arasında oluşan iki fosforester bağından oluşur.
Ortamın koşullarına bağlı olarak, bu bağlar hem enzimatik hem de enzimatik olmayan şekilde hidrolize edilebilir.
İlgili enzimler
Kimyasal bağların oluşumu ve kopması, bildiğimiz tüm yaşamsal süreçler için çok önemlidir ve fosfodiester bağları söz konusu değildir.
Bu bağları oluşturabilen en önemli enzimler arasında DNA veya RNA polimerazları ve ribozimler bulunur. Fosfodiesterazlar enzimler enzimatik olarak hidrolize edebilmektedirler.
Replikasyon sırasında, hücre çoğalması için çok önemli bir işlem, her reaksiyon döngüsünde, şablon bazına tamamlayıcı bir dNTP (deoksinükleotit trifosfat), bir nükleotit transfer reaksiyonu ile DNA'ya dahil edilir.
Polimeraz, şablon iplikçikteki 3'-OH ile dNTP'nin a-fosfatı arasında yeni bir bağ oluşturmaktan sorumludur, bağlı olan dNTP'nin a ve β fosfatları arasındaki bağların parçalanmasından salınan enerji fosfoanhidro bağları ile.
Sonuç, zincirin bir nükleotit tarafından uzaması ve bir pirofosfat molekülünün (PPi) serbest bırakılmasıdır. Bu reaksiyonların, nükleofil OH-'nin elektrostatik stabilizasyonuna olanak sağlayan iki divalent magnezyum iyonunu (Mg2 +) hak ettiği tespit edilmiştir.
Bir fosfodiester bağının pKa değeri 0'a yakındır, bu nedenle sulu bir çözeltide bu bağlar tamamen iyonize edilir, negatif olarak yüklenir.
Bu, nükleik asit moleküllerine, protein amino asit kalıntılarının pozitif yükleriyle iyonik etkileşimler, metal iyonları ile elektrostatik bağlanmaya veya poliaminlerle birleşmeye bağlı olarak nötrleştirilmiş nötrleştirilmiş bir negatif yük verir.
Sulu bir çözeltide, DNA moleküllerindeki fosfodiester bağları, RNA moleküllerinden çok daha kararlıdır. Alkali bir çözeltide, RNA moleküllerinde adı geçen bağlar, 5 'ucundaki nükleosidin intramoleküler yer değiştirmesi ile 2' oksyanyon ile ayrılır.
İşlev ve örnekler
Belirtildiği gibi, bu bağlantıların en önemli rolü, hücresel dünyadaki en önemli moleküller olan nükleik asit moleküllerinin iskeletinin oluşumuna katılımlarıdır.
Aktif olarak DNA replikasyonu ve protein sentezi ile ilgili olan topoizomeraz enzimlerinin aktivitesi, DNA'nın 5 'ucundaki fosfodiester bağlarının, bunların aktif bölgesinde, tirozin kalıntılarının yan zinciri ile etkileşimine bağlıdır. enzimler.
Siklik adenozin monofosfat (cAMP) veya siklik guanosin trifosfat (cGTP) gibi ikinci haberciler olarak katılan moleküller, katılımı birçok sinyalizasyon prosesi için büyük önem taşıyan fosfodiesterazlar olarak bilinen spesifik enzimler tarafından hidrolize olan fosfodiester bağlarına sahiptir. hücresi.
Biyolojik zarlardaki temel bileşenler olan gliserofosfolipitler, fosfodiester bağları ile molekülün hidrofilik bölgesini oluşturan polar "kafa" gruplarına bağlanan bir gliserol molekülünden oluşur.