Liên kết Phosphodiester: cách thức hình thành, chức năng và ví dụ
Liên kết photphodiester là liên kết cộng hóa trị xảy ra giữa hai nguyên tử oxy của nhóm photphat và nhóm hydroxyl của hai phân tử khác. Trong loại liên kết này, nhóm phosphate hoạt động như một "cầu nối" liên kết ổn định giữa hai phân tử thông qua các nguyên tử oxy của chúng.
Vai trò cơ bản của liên kết phosphodiester trong tự nhiên là sự hình thành các chuỗi axit nucleic của cả DNA và RNA. Cùng với các loại đường pentose (deoxyribose hoặc ribose, tùy theo từng trường hợp), các nhóm phốt phát là một phần trong cấu trúc hỗ trợ của các phân tử sinh học quan trọng này.
Các chuỗi nucleotide của DNA hoặc RNA, giống như protein, có thể đảm nhận sự phù hợp ba chiều khác nhau được ổn định bởi các liên kết không cộng hóa trị, chẳng hạn như liên kết hydro giữa các cơ sở bổ sung.
Tuy nhiên, cấu trúc chính được đưa ra bởi trình tự tuyến tính của các nucleotide liên kết cộng hóa trị bằng các liên kết phosphodiester.
Làm thế nào là một liên kết phosphodiester được hình thành?
Giống như liên kết peptide trong protein và liên kết glycosid giữa các monosacarit, liên kết phosphodiester là kết quả của các phản ứng mất nước trong đó một phân tử nước bị mất. Dưới đây là phác thảo chung của một trong những phản ứng mất nước này:
HX 1 -OH + HX 2 -OH → HX 1 -X 2 -OH + H 2 O
Các ion photphat tương ứng với cơ sở liên hợp đã khử hoàn toàn của axit photphoric và được gọi là phốt phát vô cơ, tên viết tắt của nó được ký hiệu là Pi. Khi hai nhóm phốt phát được liên kết với nhau, một liên kết photphat khan được hình thành và thu được một phân tử gọi là pyrophosphate vô cơ hoặc PPi.
Khi một ion photphat được gắn vào một nguyên tử carbon của một phân tử hữu cơ, liên kết hóa học được gọi là este phốt phát và loài kết quả là một monophosphate hữu cơ. Nếu phân tử hữu cơ liên kết với nhiều hơn một nhóm phốt phát, thì các diphosphate hữu cơ hoặc triphosphate được hình thành.
Khi một phân tử phốt phát vô cơ liên kết với hai nhóm hữu cơ, một liên kết phosphodiester hoặc "diester phosphate" được sử dụng. Điều quan trọng là không nhầm lẫn các liên kết phosphodiester với các liên kết phosphoanhydro năng lượng cao giữa các nhóm phân tử phosphate như ATP, ví dụ.
Liên kết photphodiester giữa các nucleotide liền kề bao gồm hai liên kết phosphoester xảy ra giữa hydroxyl ở vị trí 5 'của nucleotide và hydroxyl ở vị trí 3' của nucleotide tiếp theo trên chuỗi DNA hoặc RNA.
Tùy thuộc vào điều kiện của môi trường, các liên kết này có thể bị thủy phân cả enzyme và không enzyme.
Enzyme liên quan
Sự hình thành và phá vỡ các liên kết hóa học là rất quan trọng đối với tất cả các quá trình quan trọng như chúng ta biết, và trường hợp liên kết phosphodiester cũng không ngoại lệ.
Trong số các enzyme quan trọng nhất có thể hình thành các liên kết này là DNA hoặc RNA polymerase và ribozyme. Các enzyme phosphodiesterase có khả năng thủy phân enzyme.
Trong quá trình sao chép, một quá trình quan trọng cho sự tăng sinh tế bào, trong mỗi chu kỳ phản ứng, một dNTP (deoxynucleotide triphosphate) bổ sung cho cơ sở mẫu được đưa vào DNA bằng phản ứng chuyển nucleotide.
Các polymerase chịu trách nhiệm hình thành một liên kết mới giữa 3'-OH của chuỗi mẫu và α-phosphate của dNTP, nhờ năng lượng được giải phóng từ sự phá vỡ liên kết giữa các α và β phốt phát của dNTP, được liên kết bằng liên kết phosphoanhydro.
Kết quả là sự mở rộng chuỗi bằng một nucleotide và giải phóng một phân tử pyrophosphate (PPi) s. Người ta đã xác định rằng các phản ứng này xứng đáng với hai ion magiê hóa trị hai (Mg2 +), có sự cho phép ổn định tĩnh điện của nucleophile OH- để đạt được sự gần đúng về vị trí hoạt động của enzyme.
PK a của liên kết phosphodiester gần bằng 0, vì vậy trong dung dịch nước, các liên kết này bị ion hóa hoàn toàn, tích điện âm.
Điều này mang lại cho các phân tử axit nucleic một điện tích âm, được trung hòa nhờ các tương tác ion với các điện tích dương của dư lượng axit amin protein, để liên kết tĩnh điện với các ion kim loại hoặc liên kết với polyamines.
Trong dung dịch nước, liên kết phosphodiester trong các phân tử DNA ổn định hơn nhiều so với các phân tử RNA. Trong một dung dịch kiềm, các liên kết trong các phân tử RNA được phân tách bằng sự dịch chuyển nội phân tử của nucleoside ở đầu 5 'bởi một oxymate 2'.
Chức năng và ví dụ
Như đã đề cập, vai trò liên quan nhất của các liên kết này là sự tham gia của chúng vào sự hình thành bộ xương của các phân tử axit nucleic, là các phân tử quan trọng nhất trong thế giới tế bào.
Hoạt động của các enzyme topoisomerase, tham gia tích cực vào quá trình sao chép DNA và tổng hợp protein, phụ thuộc vào sự tương tác của các liên kết phosphodiester ở đầu 5 'của DNA với chuỗi dư lượng tyrosine ở vị trí hoạt động của các chất này enzyme
Các phân tử tham gia với tư cách là sứ giả thứ hai, chẳng hạn như cyclic adenosine monophosphate (cAMP) hoặc cyclic guanosine triphosphate (cGTP), có liên kết phosphodiester bị thủy phân bởi các enzyme cụ thể được gọi là phosphodiesterase. di động
Glycerophospholipids, thành phần cơ bản trong màng sinh học, bao gồm một phân tử glycerol được liên kết bởi các liên kết phosphodiester với các nhóm "đầu" cực tạo nên vùng ưa nước của phân tử.
