و السندات phosphodiester هي الرابطة التساهمية التي تحدث بين اثنين من ذرات الأكسجين من مجموعة فوسفات ومجموعة الهيدروكسيل من جزيئين مختلفة. في هذا النوع من الروابط ، تعمل مجموعة الفوسفات كجسر ارتباط مستقر بين الجزيئين من خلال ذرات الأكسجين.
يتمثل الدور الأساسي لروابط الفوسفوديستر في الطبيعة في تكوين سلاسل الأحماض النووية ، كل من DNA و RNA. جنبا إلى جنب مع السكريات البنتوز (ديوكسيريبوز أو ريبوز ، حسب الحالة) ، مجموعات الفوسفات هي جزء من الهيكل الداعم لهذه الجزيئات الحيوية الهامة.
رابطة فوسفوديستر في هيكل الحمض النووي (المصدر: ملف: Phosphodiester bond.png ، ملف: PhosphodiesterBondDiagram.png: المستخدم: G3pro (نقاش) المستخدم: G3pro في en.wikipedia.org عمل اشتقاقي: المستخدم: Merops (talk) اشتقاق عمل: مستخدم: Deneapol (talk) عمل مشتق: المستخدم: KES47 (نقاش) تعديلات النص: Incnis Mrsi (نقاش) تعديلات النص: DMacks (نقاش)) عمل مشتق: المستخدم: Miguelferig (نقاش) مع التأين ، عبر ويكيميديا كومنز)
يمكن للسلاسل النوكليوتيدية للحمض النووي الريبي أو الحمض النووي الريبي ، مثل البروتينات ، أن تفترض مطابقة مختلفة ثلاثية الأبعاد يتم تثبيتها بواسطة روابط غير تساهمية ، مثل الروابط الهيدروجينية بين القواعد التكميلية.
ومع ذلك ، يتم إعطاء الهيكل الأساسي من خلال التسلسل الخطي للنيوكليوتيدات المرتبطة تساهميًا عبر روابط phosphodiester.
كيف تتشكل رابطة الفوسفوديستر؟
مثل روابط الببتيد في البروتينات والروابط الجليكوسيدية بين السكريات الأحادية ، تنجم روابط الفوسفوديستر عن تفاعلات الجفاف التي يفقد فيها جزيء الماء. فيما يلي المخطط العام لإحدى تفاعلات الجفاف هذه:
HX 1 -OH + HX 2 -OH → HX 1 -X 2 -OH + H 2 O
تتوافق أيونات الفوسفات مع القاعدة المترافقة المنفصلة تمامًا لحمض الفوسفوريك وتسمى الفوسفات غير العضوي ، ويشار إلى اختصارها Pi. عندما ترتبط مجموعتان من الفوسفات معًا ، تتشكل رابطة فوسفات لا مائية ، ويتم الحصول على جزيء يعرف باسم بيروفوسفات غير عضوي أو PPi.
عندما يرتبط أيون الفوسفات بذرة كربون في جزيء عضوي ، تسمى الرابطة الكيميائية إستر الفوسفات ، والنوع الناتج هو أحادي الفوسفات العضوي. إذا ارتبط الجزيء العضوي بأكثر من مجموعة فوسفات ، يتم تكوين ثنائي الفوسفات العضوي أو ثلاثي الفوسفات.
عندما يتم ربط جزيء فوسفات غير عضوي واحد بمجموعتين عضويتين ، يتم استخدام رابطة فوسفوديستر أو رابطة "فوسفات دايستر". من المهم عدم الخلط بين روابط الفوسفوديستر والروابط الفسفورية عالية الطاقة بين مجموعات الفوسفات من الجزيئات مثل ATP ، على سبيل المثال.
الاختلافات بين الفوسفات والفوسفوريلات (المصدر: ستراتر ، عبر ويكيميديا كومنز)
تتكون روابط Phosphodiester بين النيوكليوتيدات المجاورة من رابطتين فوسفاتيستر تحدثان بين الهيدروكسيل في الموضع 5 'لنيوكليوتيد واحد والهيدروكسيل في الموضع 3' للنيوكليوتيدات التالية في خيط DNA أو RNA.
اعتمادًا على ظروف البيئة ، يمكن أن تتحلل هذه الروابط بالماء إنزيميًا وغير إنزيمي.
الانزيمات المعنية
يعتبر تكوين وكسر الروابط الكيميائية أمرًا بالغ الأهمية لجميع العمليات الحيوية كما نعرفها ، وحالة روابط الفوسفوديستر ليست استثناءً.
من بين أهم الإنزيمات التي يمكن أن تشكل هذه الروابط هي بوليميرات DNA أو RNA و ribozymes. إن إنزيمات الفوسفوديستيراز قادرة على تحللها إنزيميًا.
أثناء التكرار ، يتم دمج عملية حاسمة لتكاثر الخلايا ، في كل دورة تفاعل ، يتم دمج dNTP (ديوكسينوكليوتيد ثلاثي الفوسفات) مكمل لقاعدة القالب في الحمض النووي من خلال تفاعل نقل النيوكليوتيدات.
يعد البوليميراز مسؤولاً عن تكوين رابطة جديدة بين 3'-OH لقالب القالب و α-phosphate لـ dNTP ، وذلك بفضل الطاقة المنبعثة من كسر الروابط بين α و β فوسفات لـ dNTP ، والتي ترتبط عن طريق روابط الفسفونهيدرو.
والنتيجة هي تمديد السلسلة بواسطة نيوكليوتيد واحد وإطلاق جزيء من بيروفوسفات (PPi) s. لقد تم تحديد أن هذه التفاعلات تستحق اثنين من أيونات المغنيسيوم ثنائية التكافؤ (Mg 2+) ، والتي يسمح وجودها بالتثبيت الكهروستاتيكي للنيوكليوفيل OH - لتحقيق النهج نحو الموقع النشط للإنزيم.
يقترب pK a من رابطة phosphodiester من 0 ، لذلك في محلول مائي ، تتأين هذه الروابط تمامًا ، سالبة الشحنة.
هذا يعطي جزيئات الحمض النووي شحنة سالبة ، والتي يتم تحييدها بفضل التفاعلات الأيونية مع الشحنات الإيجابية لبقايا الأحماض الأمينية البروتينية ، أو الترابط الكهروستاتيكي مع أيونات المعادن ، أو الارتباط مع الأمينات المتعددة.
في محلول مائي ، تكون روابط الفوسفوديستر في جزيئات الحمض النووي أكثر ثباتًا من جزيئات الحمض النووي الريبي. في محلول قلوي ، تنقسم هذه الروابط في جزيئات الحمض النووي الريبي عن طريق الإزاحة داخل الجزيئية للنيوكليوزيد عند الطرف 5 ب 2 'أوكسيانيون.
وظيفة وأمثلة
كما ذكرنا ، فإن الدور الأكثر أهمية لهذه الروابط هو مشاركتها في تكوين العمود الفقري لجزيئات الحمض النووي ، والتي تعد واحدة من أهم الجزيئات في العالم الخلوي.
يعتمد نشاط إنزيمات توبويزوميراز ، التي تشارك بنشاط في تكرار الحمض النووي وتخليق البروتين ، على تفاعل روابط الفوسفوديستر في الطرف الخامس من الحمض النووي مع السلسلة الجانبية لبقايا التيروزين في الموقع النشط لهذه الانزيمات.
تمتلك الجزيئات التي تشارك كمرسلين ثانويين ، مثل الأدينوزين أحادي الفوسفات الحلقي (cAMP) أو ثلاثي فوسفات الغوانوزين الحلقي (cGTP) ، روابط فوسفوديستر التي تتحلل بالماء بواسطة إنزيمات معينة تُعرف باسم phosphodiesterases ، والتي تعتبر مشاركتها ذات أهمية قصوى للعديد من عمليات الإشارة الخلوية.
تتكون Glycerophospholipids ، وهي مكونات أساسية في الأغشية البيولوجية ، من جزيء الجلسرين الذي يتم ربطه عبر روابط phosphodiester إلى مجموعات "الرأس" القطبية التي تشكل المنطقة المحبة للماء من الجزيء.
المراجع
- فوثرجيل ، إم ، غودمان ، إم إف ، بيتروسكا ، ج. ، ووارشيل ، إيه (1995). تحليل التركيب والطاقة لدور أيونات المعادن في التحلل المائي للفوسفوديستر بوند بواسطة DNA Polymerase I. Journal of the American Chemical Society، 117 (47)، 11619-11627.
- لوديش ، هـ ، بيرك ، أ ، كايزر ، كاليفورنيا ، كريجر ، إم ، بريتشر ، إيه ، بلويج ، إتش ، مارتن ، ك. (2003). بيولوجيا الخلية الجزيئية (الطبعة الخامسة). فريمان ، دبليو إتش وشركاه.
- ناكامورا ، تي ، تشاو ، واي ، ياماغاتا ، واي ، هوا ، واي جي ، ويانغ ، دبليو (2012). مشاهدة بوليميراز الحمض النووي η يصنع رابطة فسفودايستر. الطبيعة ، 487 (7406) ، 196-201.
- نيلسون ، DL ، & Cox ، MM (2009). مبادئ Lehninger للكيمياء الحيوية. إصدارات أوميغا (الطبعة الخامسة).
- Oivanen، M.، Kuusela، S.، & Lönnberg، H. (1998). الخواص الحركية وآليات الانقسام والأزمرة لروابط الفوسفوديستر في الحمض النووي الريبي بواسطة الأحماض والقواعد البرونزية. المراجعات الكيميائية ، 98 (3) ، 961-990.
- Pradeepkumar ، PI ، Höbartner ، C. ، Baum ، D. ، & Silverman ، S. (2008). التكوين المحفز للحمض النووي للروابط النيوكليوببتيدية. Angewandte Chemie International Edition ، 47 (9) ، 1753-1757.
- سودربيرج ، ت. (2010). الكيمياء العضوية مع التركيز البيولوجي المجلد الثاني (المجلد الثاني). مينيسوتا: جامعة مينيسوتا موريس ديجيتال ويل. تم الاسترجاع من www.digitalcommons.morris.umn.edu