ikatan fosfodiester yang ikatan kovalen yang terjadi antara dua atom oksigen dari gugus fosfat dan gugus hidroksil dua molekul yang berbeda. Dalam jenis ikatan ini, gugus fosfat bertindak sebagai “jembatan” ikatan yang stabil antara dua molekul melalui atom oksigennya.
Peran mendasar ikatan fosfodiester di alam adalah pembentukan rantai asam nukleat, baik DNA maupun RNA . Bersama dengan gula pentosa (deoksiribosa atau ribosa, tergantung kasusnya), gugus fosfat adalah bagian dari struktur pendukung biomolekul penting ini .
Ikatan fosfodiester pada tulang punggung DNA (Sumber: File: Phosphodiester bond.png, File: PhosphodiesterBondDiagram.png: Pengguna: G3pro (bicara) Pengguna: G3pro di en.wikipedia.org Karya turunan: Pengguna: Merops (bicara) Karya turunan: Pengguna : Deneapol (bicara) Karya turunan: Pengguna: KES47 (bicara) Penyesuaian teks: Incnis Mrsi (bicara) Penyesuaian teks: DMacks (bicara)) Karya turunan: Pengguna: Miguelferig (bicara) dengan ionisasi [CC BY-SA 3.0 (http: //creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)], melalui Wikimedia Commons)
Rantai nukleotida DNA atau RNA, seperti protein, dapat mengasumsikan konformasi tiga dimensi yang berbeda yang distabilkan oleh ikatan non-kovalen, seperti ikatan hidrogen antara basa komplementer.
Namun, struktur primer diberikan oleh urutan linier nukleotida yang dihubungkan secara kovalen melalui ikatan fosfodiester.
Indeks artikel
Bagaimana ikatan fosfodiester terbentuk?
Seperti ikatan peptida dalam protein dan ikatan glikosidik antara monosakarida , ikatan fosfodiester dihasilkan dari reaksi dehidrasi di mana molekul air hilang. Berikut adalah skema umum dari salah satu reaksi dehidrasi ini:
HX 1 -OH + HX 2 -OH → HX 1 -X 2 -OH + H 2 O
Ion fosfat sesuai dengan basa konjugasi asam fosfat yang terdeprotonasi sepenuhnya dan disebut fosfat anorganik, disingkat Pi. Ketika dua gugus fosfat dihubungkan bersama, ikatan fosfat anhidrat terbentuk, dan molekul yang dikenal sebagai pirofosfat anorganik atau PPi diperoleh.
Ketika ion fosfat melekat pada atom karbon dalam molekul organik, ikatan kimianya disebut ester fosfat, dan spesies yang dihasilkan adalah monofosfat organik. Jika molekul organik mengikat lebih dari satu gugus fosfat, difosfat organik atau trifosfat terbentuk.
Ketika satu molekul fosfat anorganik terikat pada dua gugus organik, ikatan fosfodiester atau “diester fosfat” digunakan. Penting untuk tidak mengacaukan ikatan fosfodiester dengan ikatan fosfoanhidro berenergi tinggi antara gugus fosfat molekul seperti ATP , misalnya.
Perbedaan antara fosfat dan fosforil (Sumber: Strater [GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html) atau CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/ 3.0 )], melalui Wikimedia Commons)
Ikatan fosfodiester antara nukleotida yang berdekatan terdiri dari dua ikatan fosfoester yang terjadi antara hidroksil pada posisi 5 dari satu nukleotida dan hidroksil pada posisi 3 dari nukleotida berikutnya dalam untai DNA atau RNA.
Tergantung pada kondisi lingkungan, ikatan ini dapat dihidrolisis baik secara enzimatis maupun non-enzimatis.
Enzim yang terlibat
Pembentukan dan pemutusan ikatan kimia sangat penting untuk semua proses vital seperti yang kita ketahui, dan kasus ikatan fosfodiester tidak terkecuali.
Di antara enzim yang paling penting yang dapat membentuk ikatan ini adalah DNA atau RNA polimerase dan ribozim . Enzim fosfodiesterase mampu menghidrolisisnya secara enzimatis.
Selama replikasi, proses penting untuk proliferasi sel, dalam setiap siklus reaksi, dNTP (deoxynucleotide triphosphate) yang melengkapi basis template dimasukkan ke dalam DNA melalui reaksi transfer nukleotida.
Polimerase bertanggung jawab untuk membentuk ikatan baru antara 3′-OH dari untai template dan -fosfat dari dNTP, berkat energi yang dilepaskan dari pemutusan ikatan antara dan fosfat dari dNTP, yang dihubungkan oleh ikatan fosfoanhidro.
Hasilnya adalah perpanjangan rantai oleh satu nukleotida dan pelepasan molekul pirofosfat (PPi) s. Telah ditentukan bahwa reaksi-reaksi ini memerlukan dua ion magnesium divalen (Mg 2+ ), yang keberadaannya memungkinkan stabilisasi elektrostatik nukleofil OH – untuk mencapai pendekatan menuju sisi aktif enzim.
pK a dari ikatan fosfodiester dekat dengan 0, sehingga dalam larutan berair obligasi ini benar-benar terionisasi, bermuatan negatif.
Ini memberikan molekul asam nukleat muatan negatif, yang dinetralkan berkat interaksi ionik dengan muatan positif residu asam amino protein, ikatan elektrostatik dengan ion logam, atau asosiasi dengan poliamina.
Dalam larutan berair ikatan fosfodiester dalam molekul DNA jauh lebih stabil daripada di molekul RNA. Dalam larutan basa, ikatan ini dalam molekul RNA dipecah oleh perpindahan intramolekul nukleosida di ujung 5 ‘oleh oksianion 2’.
Fungsi dan contohnya
Seperti disebutkan, peran paling relevan dari ikatan ini adalah partisipasi mereka dalam pembentukan tulang punggung molekul asam nukleat, yang merupakan salah satu molekul terpenting di dunia seluler.
Aktivitas enzim topoisomerase, yang secara aktif berpartisipasi dalam replikasi DNA dan sintesis protein , bergantung pada interaksi ikatan fosfodiester pada ujung 5 DNA dengan rantai samping residu tirosin pada sisi aktif enzim tersebut.
Molekul yang berperan sebagai second messenger, seperti cyclic adenosine monophosphate (cAMP) atau cyclic guanosine triphosphate (cGTP), memiliki ikatan fosfodiester yang dihidrolisis oleh enzim spesifik yang dikenal sebagai phosphodiesterase, yang partisipasinya sangat penting untuk banyak proses signaling ponsel.
Gliserofosfolipid, komponen fundamental dalam membran biologis, terdiri dari molekul gliserol yang terikat melalui ikatan fosfodiester ke gugus “kepala” kutub yang membentuk wilayah hidrofilik molekul.
Referensi
- Fothergill, M., Goodman, MF, Petruska, J., & Warshel, A. (1995). Analisis Struktur-Energi Peranan Ion Logam dalam Hidrolisis Ikatan Fosfodiester oleh DNA Polimerase I. Jurnal American Chemical Society , 117 (47), 11619-11627.
- Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Martin, K. (2003). Biologi Sel Molekuler (edisi ke-5). Freeman, WH & Perusahaan.
- Nakamura, T., Zhao, Y., Yamagata, Y., Hua, YJ, & Yang, W. (2012). Menonton DNA polimerase membuat ikatan fosfodiester. Alam , 487 (7406), 196-201.
- Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Prinsip Biokimia Lehninger . Edisi Omega ( edisi ke-5)
- Oivanen, M., Kuusela, S., & Lönnberg, H. (1998). Kinetika dan mekanisme pembelahan dan isomerisasi ikatan fosfodiester RNA oleh asam dan basa bronsted. Ulasan Kimia , 98 (3), 961-990.
- Pradeepkumar, PI, Höbartner, C., Baum, D., & Silverman, S. (2008). Pembentukan Hubungan Nukleopeptida yang Dikatalisis DNA. Angewandte Chemie International Edition , 47 (9), 1753–1757.
- Soderberg, T. (2010). Kimia Organik Dengan Penekanan Biologis Jilid II (Vol. II). Minnesota: Sumur Digital Universitas Minnesota Morris. Diperoleh dari www.digitalcommons.morris.umn.edu
