Phosphodiester الرابط: كيف يتم تشكيلها ، وظيفة وأمثلة
الروابط الفوسفورية هي الروابط التساهمية التي تحدث بين اثنين من ذرات الأكسجين في مجموعة الفوسفات ومجموعات الهيدروكسيل من جزيئين آخرين. في هذا النوع من الروابط ، تعمل مجموعة الفوسفات "كجسر" من الاتحاد المستقر بين الجزيئين من خلال ذرات الأكسجين.
يتمثل الدور الأساسي لروابط فوسفوديستر في الطبيعة في تكوين خيوط الحمض النووي لكل من الحمض النووي الريبي (DNA) والحمض النووي الريبي (RNA). جنبا إلى جنب مع السكريات البنتوز (deoxyribose أو الريبوز ، حسب الحالة) ، مجموعات الفوسفات هي جزء من الهيكل الداعم لهذه الجزيئات الحيوية الهامة.
يمكن أن تفترض سلاسل النيوكليوتيدات في الحمض النووي أو الحمض النووي الريبي ، مثل البروتينات ، توافقات ثلاثية الأبعاد مختلفة مثبتة بواسطة روابط غير تساهمية ، مثل روابط الهيدروجين بين القواعد التكميلية.
ومع ذلك ، يتم إعطاء البنية الأساسية من خلال التسلسل الخطي للنيوكليوتيدات المرتبطة تساهميًا عن طريق روابط فوسفاتية.
كيف يتم تشكيل رابطة phosphodiester؟
مثل روابط الببتيد في البروتينات والروابط الجليكوسيدية بين السكريات الأحادية ، تنتج روابط فوسفودستر من تفاعلات الجفاف التي تُفقد جزيء الماء. فيما يلي الخطوط العريضة العامة لواحد من ردود فعل الجفاف هذه:
HX 1 -OH + HX 2 -OH → HX 1 -X 2 -OH + H 2 O
تتوافق أيونات الفوسفات مع القاعدة المترافقة بالكامل لحمض الفوسفوريك وتسمى الفوسفات غير العضوي ، ويُشار إلى اختصارها بـ Pi. عندما يتم ربط مجموعتي فوسفات معًا ، يتم تشكيل رابطة فوسفات لا مائي ، ويتم الحصول على جزيء يعرف باسم بيروفوسفات غير عضوي أو PPi.
عندما يتم ربط أيون الفوسفات بذرة كربون من جزيء عضوي ، فإن الرابطة الكيميائية تسمى استرات الفوسفات ، والنوع الناتج هو أحادي الفوسفات العضوي. إذا ارتبط الجزيء العضوي بأكثر من مجموعة فوسفات واحدة ، تتشكل الفوسفات العضوي أو ثلاثي الفوسفات.
عندما يرتبط جزيء واحد من الفوسفات غير العضوي بمجموعتين عضويتين ، يتم استخدام رابطة فوسفاتية أو "فوسفات ديستر". من المهم عدم الخلط بين روابط فوسفات الأيونات والروابط الفوسفورية عالية الطاقة بين مجموعات الفوسفات من الجزيئات مثل ATP ، على سبيل المثال.
تتكون روابط الفسفوديستر بين النيوكليوتيدات المتجاورة من سفينتي فسفستر التي تحدث بين الهيدروكسيل في موضع 5 'من النوكليوتيدات وهيدروكسيل في الموضع 3' من النوكليوتيدات التالية على شريط من الحمض النووي أو الحمض النووي الريبي.
حسب ظروف الوسط ، يمكن تحلل هذه الروابط إنزيميًا وغير إنزيميًا.
الانزيمات المعنية
يعتبر تكوين وكسر الروابط الكيميائية أمرًا حاسمًا لجميع العمليات الحيوية كما نعرفها ، وحالة روابط فوسفودستر ليست استثناءً.
من بين الإنزيمات الأكثر أهمية التي يمكن أن تشكل هذه الروابط هي DNA و RNA polymerases و ribozymes. إنزيمات فسفودايسترازات قادرة على تحللها إنزيميًا.
أثناء النسخ المتماثل ، يتم تضمين عملية حاسمة لتكاثر الخلايا ، في كل دورة تفاعل ، dNTP (ديوكسينوكليوتيد ثلاثي الفوسفات) المكمّل لقاعدة القالب في الحمض النووي بواسطة تفاعل نقل النوكليوتيدات.
البوليميريز مسؤول عن تكوين رابطة جديدة بين 3'-OH من حبلا القالب والفوسفات ألفا من dNTP ، وذلك بفضل الطاقة المنبعثة من انهيار الروابط بين α و β الفوسفات من dNTP ، والتي ترتبط بواسطة سندات phosphoanhydro.
والنتيجة هي امتداد السلسلة بواسطة نيوكليوتيد وإطلاق جزيء بيروفوسفات (PPi). لقد تم تحديد أن هذه التفاعلات تستحق اثنين من أيونات المغنيسيوم ثنائي التكافؤ (Mg2 +) ، الذي يسمح وجوده بالاستقرار الإلكتروستاتيكي للنيوكليوفيل OH- لتحقيق التقريب تجاه الموقع النشط للإنزيم.
إن pK a لعنصر فسفوديستر قريب من 0 ، لذلك في محلول مائي تكون هذه الروابط مؤينة بالكامل ، وتكون سالبة الشحنة.
هذا يعطي جزيئات الحمض النووي شحنة سالبة ، والتي يتم تحييدها بفضل التفاعلات الأيونية مع الشحنات الإيجابية لمخلفات الحمض الأميني البروتيني ، أو الارتباط الكهروستاتيكي مع أيونات المعادن أو الارتباط مع البوليامينات.
في محلول مائي ، تكون روابط فوسفات الكبريت في جزيئات الحمض النووي أكثر ثباتًا بكثير من جزيئات الحمض النووي الريبي. في محلول قلوي ، يتم تشبث الروابط المذكورة في جزيئات الحمض النووي الريبي عن طريق الإزاحة داخل الجزيئات للنيوكليوسيد في نهاية 5 'بواسطة أوكسيليون 2'.
وظيفة وأمثلة
كما ذكرنا ، فإن أهم دور لهذه الروابط هو مشاركتها في تكوين هيكل عظمي لجزيئات الحمض النووي ، والتي تعد أهم الجزيئات في العالم الخلوي.
يعتمد نشاط إنزيمات توبويسوميراز ، التي تشارك بنشاط في تكاثر الحمض النووي وتخليق البروتين ، على تفاعل روابط فوسفودستر في نهاية 5 'DNA مع السلسلة الجانبية لمخلفات التيروزين في الموقع النشط لهذه الانزيمات.
تحتوي الجزيئات التي تشارك كرسائل ثانية ، مثل أحادي فوسفات الأدينوساين الدوري (cAMP) أو ثلاثي فوسفات الغوانوزين الدوري (cGTP) ، على روابط فسفسترية يتم تحللها بواسطة إنزيمات محددة تعرف باسم الإنزيمات الفوسفورية ، والتي تكون مشاركتها ذات أهمية كبيرة في العديد من عمليات الإشارة الخلية.
تتكون الجليسروفوسفوليبيد ، المكونات الأساسية في الأغشية البيولوجية ، من جزيء الجلسرين المرتبط بروابط فوسفودستر بمجموعات "الرأس" القطبية التي تشكل المنطقة المحبة للماء للجزيء.
