Link fosfodiéster: como é formado, função e exemplos
As ligações fosfodiéster são as ligações covalentes que ocorrem entre dois dos átomos de oxigénio de um grupo fosfato e os grupos hidroxilo de duas outras moléculas. Neste tipo de ligações, o grupo fosfato age como uma "ponte" de união estável entre as duas moléculas através de seus átomos de oxigênio.
O papel fundamental das ligações fosfodiéster na natureza é o da formação das cadeias de ácido nucleico do DNA e do RNA. Juntamente com os açúcares pentoses (desoxirribose ou ribose, conforme o caso), os grupos fosfato fazem parte da estrutura de suporte dessas importantes biomoléculas.
As cadeias nucleotídicas de DNA ou RNA, como proteínas, podem assumir diferentes conformações tridimensionais que são estabilizadas por ligações não covalentes, como ligações de hidrogênio entre bases complementares.
Contudo, a estrutura primária é dada pela sequência linear dos nucleótidos ligados covalentemente por meio de ligações fosfodiéster.
Como se forma uma ligação fosfodiéster?
Como ligações peptídicas em proteínas e ligações glicosídicas entre monossacarídeos, ligações fosfodiéster resultam de reações de desidratação nas quais uma molécula de água é perdida. Aqui está o resumo geral de uma dessas reações de desidratação:
HX 1 -OH + HX 2 -OH? HX 1 -X 2 -OH + H 2 O
Os iões fosfato correspondem à base conjugada completamente desprotonada do ácido fosfórico e são designados por fosfatos inorgânicos, cuja abreviatura é designada por Pi. Quando dois grupos fosfato estão ligados entre si, forma-se uma ligação fosfato anidro e obtém-se uma molécula conhecida como pirofosfato inorgânico ou PPi.
Quando um íon fosfato é ligado a um átomo de carbono de uma molécula orgânica, a ligação química é chamada de éster de fosfato, e a espécie resultante é um monofosfato orgânico. Se a molécula orgânica se liga a mais de um grupo fosfato, formam-se os difosfatos ou trifosfatos orgânicos.
Quando uma única molécula de fosfato inorgânico se liga a dois grupos orgânicos, é usada uma ligação fosfodiéster ou "diester fosfato". É importante não confundir as ligações fosfodiéster com as ligações fosfoanidro de alta energia entre os grupos fosfato de moléculas como o ATP, por exemplo.
As ligações fosfodiéster entre nucleótidos adjacentes consistem em duas ligações fosfoéster que ocorrem entre o hidroxilo na posição 5 'de um nucleótido e o hidroxilo na posição 3' do nucleótido seguinte numa cadeia de ADN ou ARN.
Dependendo das condições do meio, estas ligações podem ser hidrolisadas enzimaticamente e não enzimaticamente.
Enzimas envolvidas
A formação e quebra de ligações químicas é crucial para todos os processos vitais como os conhecemos, e o caso das ligações fosfodiéster não é exceção.
Entre as enzimas mais importantes que podem formar estas ligações estão DNA ou RNA polimerases e ribozimas. As enzimas fosfodiesterases são capazes de hidrolisá-las enzimaticamente.
Durante a replica�o, um processo crucial para a prolifera�o celular, em cada ciclo de reac�o, um dNTP (trifosfato de desoxinucle�ido) complementar ao molde base �incorporado no ADN por uma reac�o de transfer�cia nucleot�ica.
A polimerase é responsável por formar uma nova ligação entre o 3'-OH da cadeia modelo e o α-fosfato do dNTP, graças à energia liberada da quebra das ligações entre os fosfatos α e β do dNTP, que estão ligados por ligações de phosphoanhydro.
O resultado é a extensão da cadeia por um nucleotídeo e a liberação de uma molécula de pirofosfato (PPi) s. Foi determinado que estas reações merecem dois íons magnésio divalentes (Mg2 +), cuja presença permite a estabilização eletrostática do nucleófilo OH- para alcançar a aproximação para o sítio ativo da enzima.
O pKa de uma ligação fosfodiéster é próximo de 0, portanto, em uma solução aquosa, essas ligações são completamente ionizadas, carregadas negativamente.
Isto dá às moléculas de ácido nucleico uma carga negativa, que é neutralizada graças a interacções iónicas com as cargas positivas de resíduos de aminoácidos proteicos, a ligação electrostática com iões metálicos ou à associação com poliaminas.
Em uma solução aquosa, as ligações fosfodiéster nas moléculas de DNA são muito mais estáveis do que nas moléculas de RNA. Numa solução alcalina, as referidas ligações nas moléculas de ARN são clivadas pelo deslocamento intramolecular do nucleósido na extremidade 5 'por um oxionião 2'.
Função e exemplos
Como mencionado, o papel mais relevante desses elos é sua participação na formação do esqueleto das moléculas de ácido nucléico, que são as moléculas mais importantes no mundo celular.
A atividade das enzimas topoisomerase, que estão ativamente envolvidas na replicação do DNA e na síntese de proteínas, depende da interação das ligações fosfodiéster na extremidade 5 'do DNA com a cadeia lateral de resíduos de tirosina no sítio ativo destes. enzimas
Moléculas que participam como segundos mensageiros, como monofosfato de adenosina cíclico (cAMP) ou trifosfato de guanosina cíclico (cGTP), possuem ligações fosfodiéster que são hidrolisadas por enzimas específicas conhecidas como fosfodiesterases, cuja participação é de grande importância para muitos processos de sinalização. celular
Os glicerofosfolipídios, componentes fundamentais das membranas biológicas, são compostos de uma molécula de glicerol que é ligada por ligações fosfodiéster aos grupos "cabeça" polares que compõem a região hidrofílica da molécula.
