Ligação fosfodiéster: como é formada, função e exemplos - Ciência - 2023

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Ligação fosfodiéster: como é formada, função e exemplos - Ciência
Ligação fosfodiéster: como é formada, função e exemplos - Ciência

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o ligações fosfodiéster são as ligações covalentes que ocorrem entre dois dos átomos de oxigênio de um grupo fosfato e os grupos hidroxila de duas outras moléculas diferentes. Nesses tipos de ligações, o grupo fosfato atua como uma "ponte" de ligação estável entre as duas moléculas por meio de seus átomos de oxigênio.

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

As cadeias de nucleotídeos de DNA ou RNA, como as 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 covalentemente ligados por ligações fosfodiéster.

Como uma ligação fosfodiéster é formada?

Como as ligações peptídicas em proteínas e as ligações glicosídicas entre os monossacarídeos, as ligações fosfodiéster resultam de reações de desidratação nas quais uma molécula de água é perdida. Aqui está o esquema geral de uma dessas reações de desidratação:

H-X1-OH + H-X2-OH → H-X1-X2-OH + H2OU

Os íons fosfato correspondem à base conjugada completamente desprotonada do ácido fosfórico e são chamados de fosfatos inorgânicos, cuja abreviatura é Pi. Quando dois grupos de fosfato estão ligados, uma ligação de fosfato anidro se forma e uma molécula conhecida como pirofosfato inorgânico ou PPi é obtida.

Quando um íon fosfato está ligado a um átomo de carbono em 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 difosfatos ou trifosfatos orgânicos.


Quando uma única molécula de fosfato inorgânico é ligada a dois grupos orgânicos, é utilizada uma ligação fosfodiéster ou "diéster de fosfato". É importante não confundir ligações fosfodiéster com ligações fosfoanidro de alta energia entre grupos fosfato em moléculas como ATP, por exemplo.

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 um DNA ou fita de RNA.

Dependendo das condições do ambiente, 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 DNA ou RNA polimerases e ribozimas. As enzimas fosfodiesterases são capazes de hidrolisá-las enzimaticamente.

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

A polimerase é responsável por formar uma nova ligação entre o 3'-OH da fita modelo e o α-fosfato do dNTP, graças à energia liberada pela quebra das ligações entre os fosfatos α e β do dNTP, que estão ligados por ligações fosfoanidro.

O resultado é a extensão da cadeia em um nucleotídeo e a liberação de uma molécula de pirofosfato (PPi) s. Estas reações foram determinadas para merecer dois íons de magnésio divalentes (Mg2+), cuja presença permite a estabilização eletrostática do nucleófilo OH– para conseguir a aproximação ao sítio ativo da enzima.

o pKpara de uma ligação fosfodiéster é próximo a 0, então em uma solução aquosa essas ligações são completamente ionizadas, carregadas negativamente.

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

Em uma solução aquosa, as ligações fosfodiéster nas moléculas de DNA são muito mais estáveis ​​do que nas moléculas de RNA. Em uma solução alcalina, essas ligações nas moléculas de RNA são clivadas pelo deslocamento intramolecular do nucleosídeo na extremidade 5 'por um oxiânion 2'.

Função e exemplos

Como mencionado, o papel mais relevante dessas ligações é sua participação na formação da estrutura das moléculas de ácido nucléico, que são uma das moléculas mais importantes do mundo celular.

A atividade das enzimas topoisomerase, que participam ativamente 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 o 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 extrema importância para muitos processos de sinalização celular.

Os glicerofosfolipídios, componentes fundamentais das membranas biológicas, são compostos por uma molécula de glicerol que se liga por meio de ligações fosfodiéster aos grupos da "cabeça" polar que constituem a região hidrofílica da molécula.

Referências

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