Enlace fosfodiéster
Definición de enlace fosfodiéster
Los enlaces fosfodiéster son la columna vertebral de las cadenas de ácido nucleico presentes en la vida existente en la Tierra. El enlace fosfodiéster se forma cuando exactamente dos grupos hidroxilo en el ácido fosfórico reaccionan con un grupo hidroxilo en otras moléculas que forman enlaces éster. También podemos definir un enlace fosfodiéster como el enlace que se produce cuando el fosfato forma dos enlaces éster.
¿Qué es un enlace fosfodiéster?
Los enlaces fosfodiéster se forman como resultado de la reacción de condensación entre los grupos fosfato y los grupos hidroxilo de dos grupos de azúcar. Por ejemplo, el grupo que se forma mediante la unión de un átomo de oxígeno y un átomo de hidrógeno se llama grupo hidroxilo. Estos grupos se escriben como -OH u -HO. El » – » representa el carbono al que se unirá el grupo hidroxilo. Además, las moléculas que contienen un solo átomo de fósforo unido covalentemente a cuatro átomos de oxígeno se denominan grupos fosfato. El otro nombre para el enlace fosfodiéster es enlace p hosphoéster.
Definición biológica
Un enlace fosfodiéster es un enlace químico que se forma cuando exactamente dos grupos hidroxilo en el ácido fosfórico reaccionan con un grupo hidroxilo en otras moléculas formando enlaces éster. Se encuentra en la columna vertebral del ADN y el ARN.
¿Son covalentes los enlaces fosfodiéster?
Los enlaces fosfodiéster son de naturaleza covalente y, por lo tanto, se forman al compartir electrones entre sus átomos. Además, las enzimas que suelen romper los enlaces fosfodiéster se denominan fosfodiesterasa, abreviada como PDE. Las familias de enzimas PDE se clasifican en doce subfamilias que se basan en las secuencias de aminoácidos, las especificidades del sustrato, la regularidad y las propiedades farmacológicas y, finalmente, la distribución tisular.
Formación de enlaces de fosfodiéster
¿Qué es un enlace fosfodiéster formado entre grupos o moléculas? Los enlaces fosfodiéster se forman debido a la reacción entre los grupos hidroxilo de dos grupos de azúcar y un grupo fosfato y, por lo tanto, los polímeros de oligonucleótidos se forman como resultado de una combinación del enlace diéster en el ácido fosfórico y las moléculas de azúcar presentes en el ADN. y columna vertebral de ARN.
El carbono 3 ‘está enlazado con el carbono 5’ en el ADN y el ARN a través de los enlaces fosfodiéster y, por lo tanto, actúan como la columna vertebral de los nucleótidos. Estos son los enlaces que mantienen unidos los componentes azúcar-fosfato de la molécula de ADN. El diagrama esquemático de la formación del enlace fosfodiéster se elabora en las ecuaciones 1.
(base)1-(azúcar)-OH+HO-P(O)2-O-(azúcar)(base)2
↓
(base)1-(azúcar)-O-P(O)2-O-(azúcar)(base)2
Se puede ver en la ecuación que durante la reacción entre los grupos -OH del ácido fosfórico y otras moléculas, se forman un par de enlaces éster en el grupo fosfodiéster. Los enlaces éster se forman como resultado de una reacción de condensación en la que se pierde la molécula de agua.
Durante la polimerización de los nucleótidos, de modo que se formen los ácidos nucleicos, el -OH en los grupos fosfato se une al carbono 3′- del azúcar de un nucleótido al fosfato del otro nucleótido disponible y, por lo tanto, al éster. se forman enlaces.
Los nucleótidos se forman a través de una base de nitrógeno (adenina, guanina, timina, uracilo o citosina), un azúcar pentosa y una molécula de fosfato (PO4-3). Por tanto, después de la eliminación satisfactoria de la molécula de agua, se forma un enlace que se ha denominado enlace fosfodiéster. La estructura de la formación de trifosfato de ribonucleósido y la formación de enlaces fosfodiéster se pueden ver en la Figura 1.
La polimerización de ARN y ADN ocurre mediante el proceso de condensación de dos monómeros o las hebras de ADN y ARN con el nucleótido trifosfato. Dicha reacción de condensación, por naturaleza, es muy similar a las reacciones de condensación de péptidos y, como resultado, se forma una sola hebra de ácido nucleico. Esta hebra de núcleo es un polímero de pentosa de fosfato también escrito como poliéster que tiene bases de purina y pirimidina como grupos laterales.
¿Cómo se unen los nucleótidos? Los enlaces entre los nucleótidos son los enlaces fosfodiéster (enlace fosfodiéster de nucleótidos). En lo que respecta a la anatomía de la reacción química, hay un grupo -OH libre disponible en el extremo 3 ‘presente en el carbono 3’ del azúcar. De manera similar, hay un grupo fosfato libre presente en el extremo 5 ‘presente en el carbono 5’ del azúcar. Por tanto, la síntesis del enlace procederá al extremo 3 ‘a través del extremo 5’. Y así, las secuencias de la convención se escriben en la dirección 5 ‘-> 3’.
Enlaces fosfodiéster de ADN y ARN
Los diésteres poliméricos de los ácidos fosfóricos son los ácidos nucleicos que son muy capaces de almacenar y transferir información biológica. Las escisiones de los enlaces fosfodiéster por las enzimas de proteínas y nucleasas son un proceso biológico muy importante y, por lo tanto, la eficacia catalítica de las nucleasas y los ácidos ribonucleicos ha hecho que las escisiones del fosfodiéster sean el centro de investigación en muchos laboratorios de investigación reconocidos internacionalmente.
¿Qué enlace se escinde durante la primera reacción de integración? En los sistemas biológicos, el enlace de diéster de 5′-O de un nucleótido al 3′-O de otro es escindido por muchas de las enzimas diversificadas. Así, dependiendo del tipo de enzima utilizada, se produce la hidrolización del enlace fosfodiéster del ADN, ya sea al grupo 5′- fosfato o al 3′- mientras que, al contrario, los enlaces de ARN, con pequeñas excepciones, experimentan el ciclo de transesterificación. a un fosfato cíclico 2′- o 3′- que finalmente se hidroliza a grupos fosfato 2′- o 3′-. La transformación esquemática que ocurre durante este proceso de enlaces fosfodiéster se ha elaborado en la figura 2.
Varios estudios de investigación han confirmado que, en las condiciones fisiológicas, los enlaces fosfodiéster 3 ‘y 5’ son extremadamente estables incluso sin el empleo de catalizadores. Además, se ha estimado que la vida media de la hidrólisis de un enlace fosfodiéster en el ADN a temperatura ambiente es de 30 millones de años, lo que explica que la escisión del fosfodiéster es acelerada por las enzimas proteicas y las nucleasas en un factor de 10016.
De manera similar, los enlaces fosfodiéster disponibles en la molécula de ARN son extremadamente lábiles debido a la presencia de funciones hidroxilo que sirven como nucleófilo intramolecular, lo que conduce a la transfosforilación por la salida del nucleósido unido en 5 ‘. Además, su vida media a temperatura ambiente y pH de seis a siete es de aproximadamente 120 meses y la escisión enzimática también es más rápida.
Es un hecho muy interesante que los enlaces fosfodiéster del ARN están en peligro de la escisión por el ARN mismo por los arreglos conocidos como ribozimas. Por tanto, la longitud de estas secuencias varía de setenta a cientos de ribozimas pequeñas a las cadenas de ribozimas extensivamente grandes. Por tanto, las actividades catalíticas de tales secuencias son algo modestas a las de las enzimas de las proteínas.
Mecanismo de las formaciones de fosfodiéster
Se puede lograr una comprensión firme del mecanismo detrás de las reacciones de hidrólisis y transesterificación de los ácidos nucleicos mediante los estudios del modelo de fosfodiéster. Dicha información es muy vital para las evaluaciones en profundidad del mecanismo de reacciones enzimáticas extremadamente complicadas que se logran mediante agentes de escisión artificiales, que aunque tienen actividades catalíticas como enzimas, no son robustas.
Los parámetros más importantes que se estudian para reconocer los mecanismos detrás de la formación de enlaces fosfodiéster incluyen los perfiles de tasas de pH, relaciones de energías libres lineales y los enfoques experimentales de la cinética pesada y la disección de datos de constantes de velocidad detectadas hacia la formación de varios iones. Así, se obtienen los efectos de desprotonación y protonación de un átomo en particular. De manera similar, la posición del estado de transición en la coordenada de reacción se determina mediante relaciones lineales de energía libre.
Por lo tanto, la información sobre la distribución de carga en el estado de transición se puede obtener analizando las propiedades polares del nucleófilo entrante o saliente o, a veces, de los grupos que no salen; y luego los efectos de la velocidad de reacción se comparan con los efectos del equilibrio de los grupos en proceso. reacción. También se puede predecir si el estado de transición es temprano, lo que significa que está cerca de los reactivos; o tardío, que indica que está muy cerca de los productos. Por último, la relación de energía libre se obtiene como resultado de generar un gráfico entre la energía libre de activación frente al cambio en la energía libre estándar de la reacción.
Los dos mecanismos más comunes que se utilizan para profundizar en la formación de enlaces fosfodiéster son el efecto cinético del isótopo del átomo pesado (KIE) y el efecto cinético del isótopo del disolvente (KSIE). El modelo KIE se puede utilizar para reacciones enzimáticas y no enzimáticas, mientras que el modelo KSIE se utiliza para distinguir entre el mecanismo alternativo.
¿Cuántos enlaces fosfodiéster hay en el ADN?
Es muy importante conocer la metodología para calcular el número de enlaces fosfodiéster disponibles en varias moléculas de ADN. El número de enlaces fosfodiéster presentes en el ADN es proporcional al número de pares de bases o nucleótidos presentes en él. Por lo tanto, después de exhaustivos trabajos de investigación, los científicos han presentado una fórmula para calcular el número de enlaces fosfodiéster (PD). La fórmula es la siguiente:
Número de PD=2(n-1)
donde n es el número de pares de bases o nucleótidos.
Para comprender mejor la fórmula, calculemos el número de enlaces PD presentes en el 5′-CTAGAG-3 ‘. Aquí el número de pares de bases es seis, por lo tanto, el valor de n es 6.
Número de PD=2(n-1)
=2(6-1)
=10
Por tanto, en 5′-CTAGAG-3 ‘hay diez enlaces fosfodiéster disponibles. De manera similar, en 3’-GATCT-5 ‘el número de enlaces fosfodiéster presentes en el ADN es 8.
Enlace fosfodiéster: importancia biológica
El impacto de los enlaces fosfodiéster en la vida de los organismos vivos nunca puede pasarse por alto. Siempre han demostrado ser el centro de la vida en la tierra. Además, actúan como las cadenas principales de fosfodiéster de las cadenas de ácidos nucleicos. Así, son muy vitales para llevar a cabo la información de la célula y luego de dirigir el proceso de síntesis de proteínas, se determinan las características heredadas de los seres vivos.
Los ácidos desoxirribonucleicos (ADN) y el ácido ribonucleico (ARN) son las dos clases principales de ácidos nucleicos. El ADN actúa como el modelo de vida en todos los organismos de vida libre, mientras que el ARN es el material genético de la mayoría de los virus; mientras que también desempeña un papel muy importante en muchos procesos del cuerpo humano, como la producción de proteínas. Por lo tanto, se puede concluir que la rápida formación de enlaces fosfodiéster es muy vital para mantener las estructuras de los ácidos nucleicos que además juega un papel trascendental en la formación de ADN y ARN, ya que para la replicación de ADN y síntesis de ARN es muy importante. vital tener una direccionalidad de los ácidos nucleicos.
Además, el síndrome de Lesch Nyhan, los síndromes de depleción mitocondrial y la ataxia-telangiectasia son algunas de las enfermedades causadas por defectos en las enzimas de rescate de nucleótidos. Aunque existen algunas opciones de tratamiento disponibles para abordar los síntomas de tales enfermedades, lamentablemente no existe cura.
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