Ligação fosfodiéster: como é formada, função e exemplos

As ligações fosfodiéster são ligações covalentes que ocorrem entre dois dos átomos de oxigénio de um grupo fosfato e grupos hidroxilo de duas moléculas diferentes. Nesse tipo de ligação, o grupo fosfato atua como uma “ponte” de ligação estável entre as duas moléculas através de seus átomos de oxigênio.

O papel fundamental das ligações fosfodiéster na natureza é o da formação de cadeias de ácidos nucleicos, tanto de DNA quanto de RNA . Juntamente com os açúcares pentoses (desoxirribose ou ribose, conforme o caso), os grupos fosfato fazem parte da estrutura de suporte dessas importantes biomoléculas .

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Ligação de fosfodiéster no esqueleto do DNA (Fonte: Arquivo: Phosphodiester link.png, Arquivo: PhosphodiesterBondDiagram.png: Usuário: G3pro () Usuário: G3pro () Usuário: G3pro at en.wikipedia.org Trabalho derivado: Usuário: Merops () Trabalho derivado: Usuário : Deneapol () Trabalho derivado: Usuário: KES47 () Texto modificado: Incnis Mrsi () Texto modificado: DMacks ()) Trabalho derivado: Usuário: Miguelferig () com ionização [CC BY-SA 3.0 (http: //creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)], via Wikimedia Commons)

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.

No entanto, a estrutura primária é dada pela sequência linear de nucleotídeos ligados covalentemente por meio de ligações fosfodiéster.

Como é formada uma ligação fosfodiéster?

Assim como as ligações peptídicas nas proteínas e as ligações glicosídicas entre os monossacarídeos , as ligações fosfodiéster resultam de reações de desidratação nas quais uma molécula de água é perdida. A seguir, o esquema geral de uma dessas reações de desidratação:

HX 1 -OH + HX 2 -OH → HX 1 -X 2 -OH + H 2 S

Os íons fosfato correspondem à base conjugada completamente desprotonada do ácido fosfórico e são chamados fosfatos inorgânicos, cuja abreviação é denotada como Pi. Quando dois grupos fosfato são ligados, uma ligação fosfato anidra é formada e uma molécula conhecida como pirofosfato inorgânico ou PPi é obtida.

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Quando um íon fosfato se liga a um átomo de carbono de uma molécula orgânica, a ligação química é chamada de éster fosfato e a espécie resultante é um monofosfato orgânico. Se a molécula orgânica se ligar a mais de um grupo fosfato, formam-se difosfatos orgânicos ou trifosfatos orgânicos.

Quando uma única molécula de fosfato inorgânico se liga a dois grupos orgânicos, é utilizada uma ligação fosfodiéster ou “fosfato diéster”. É importante não confundir as ligações fosfodiéster com as ligações fosfoanidro de alta energia entre os grupos fosfato de moléculas como ATP , por exemplo.

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Diferenças entre fosfatos e fosforilos (Fonte: Strater [GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html)) ou CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/ 3.0)], via Wikimedia Commons)

As ligações fosfodiéster entre nucleotídeos adjacentes consistem em duas ligações fosfoéster que ocorrem entre o hidroxil na posição 5 ‘de um nucleotídeo e o hidroxil na posição 3’ do próximo nucleotídeo em uma fita de DNA ou RNA.

Dependendo das condições do meio, essas 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 essas ligações estão as polimerases de DNA ou RNA e ribozimas . As enzimas fosfodiesterase são capazes de hidrolisar enzimaticamente.

Durante a replicação, um processo crucial para a proliferação celular, em cada ciclo da reação, um dNTP (desoxinucleotídeo trifosfato) complementar à base do molde é incorporado ao DNA por uma reação de transferência de nucleotídeos.

A polimerase é responsável por formar um novo elo entre o 3′-OH da fita modelo e o α-fosfato do dNTP, graças à energia liberada pela ruptura das ligações entre os fosfatos α e β do dNTP, que estão ligados por ligações fosfoanidro.

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O resultado é a extensão da cadeia por um nucleotídeo e a liberação de uma molécula de pirofosfato (PPi) s. Foi determinado que essas reações merecem dois íons divalentes de magnésio (Mg 2+ ), cuja presença permite a estabilização eletrostática do nucleófilo OH para alcançar a abordagem do local ativo da enzima.

O pKa de um de uma ligação fosfodiéster está próximo de 0, de modo que, em solução aquosa estas ligações são totalmente ionizado, carregado negativamente.

Isso dá às moléculas de ácido nucleico uma carga negativa, que é neutralizada graças às interações iônicas com as cargas positivas dos resíduos de aminoácidos das proteínas, ligação eletrostática com íons metálicos ou associação com poliaminas.

Em uma solução aquosa, as ligações fosfodiéster nas moléculas de DNA são muito mais estáveis ​​que nas moléculas de RNA. Numa solução alcalina, as referidas ligações nas moléculas de RNA são clivadas por deslocamento intramolecular do nucleosídeo na extremidade 5 ‘por um oxianião 2’.

Função e exemplos

Como mencionado, o papel mais importante desses vínculos é a participação deles na formação do esqueleto das moléculas de ácido nucleico, que são as moléculas mais importantes do mundo celular.

A atividade das enzimas topoisomerase, que participam ativamente da replicação do DNA e da síntese proteica , depende da interação das ligações fosfodiéster na extremidade 5 ‘do DNA com a cadeia lateral dos resíduos de tirosina no local ativo destes. enzimas

Moléculas que participam como segundos mensageiros, como adenosina monofosfato cíclico (cAMP) ou trifosfato de guanosina cíclica (cGTP), possuem ligações fosfodiéster que são hidrolisadas por enzimas específicas conhecidas como fosfodiesterases, cuja participação é de suma importância para muitos processos de sinalização telefone celular

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Os glicerofosfolípides, componentes fundamentais nas membranas biológicas, são compostos de uma molécula de glicerol que liga as ligações fosfodiéster aos grupos polares de “cabeça” que compõem a região hidrofílica da molécula.

Referências

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