В химии фосфодиэфирная связь возникает, когда ровно две гидроксильные группы ( −OH ) в фосфорной кислоте реагируют с гидроксильными группами других молекул, образуя две эфирные связи. «Связь» включает эту связь C−O−PO−2O−C . [1] Обсуждение фосфодиэфиров в основном основано на их распространенности в ДНК и РНК , но фосфодиэфиры встречаются и в других биомолекулах, например, в белках-переносчиках ацилов , фосфолипидах и циклических формах ГМФ и АМФ (цГМФ и цАМФ). [2]
Фосфодиэфирные связи составляют остовы ДНК и РНК . В фосфодиэфирных связях нуклеиновых кислот фосфат присоединен к 5'-углероду одного нуклеозида и к 3'-углероду соседнего нуклеозида. В частности, именно фосфодиэфирные связи связывают 3' - атом углерода одной молекулы сахара и 5'-атом углерода другой (отсюда и название 3', 5'-фосфодиэфирная связь, используемое по отношению к этому виду связи в цепях ДНК и РНК). [3] Вовлеченными сахаридными группами являются дезоксирибоза в ДНК и рибоза в РНК. Для того чтобы образовалась фосфодиэфирная связь , соединяющая нуклеозиды , трифосфатные или дифосфатные формы строительных блоков нуклеотидов разрываются, выделяя энергию, необходимую для проведения реакции, катализируемой ферментом . [4] Например, при репликации ДНК образование фосфодиэфирных связей катализируется ферментом ДНК -полимеразой , использующим пару катионов магния и другие поддерживающие структуры. [3] Образование связи происходит не только при репликации ДНК и РНК, но также при репарации и рекомбинации нуклеиновых кислот и может потребовать участия различных полимераз, праймеров и/или лигаз. Например, при репликации ДНК ДНК- полимераза I оставляет после себя отверстие между фосфатами в новообразованном остове. ДНК-лигаза способна образовывать фосфодиэфирную связь между нуклеотидами по обе стороны от зазора. [2]
Фосфодиэфиры заряжены отрицательно при pH 7. [5] Отрицательный заряд притягивает гистоны , катионы металлов, такие как магний , и полиамины [нужна ссылка]. Отталкивание между этими отрицательными зарядами влияет на конформацию полинуклеиновых кислот.
Гидролиз (разрыв) фосфодиэфирных связей может быть вызван несколькими способами. Фосфодиэстеразы — это ферменты, катализирующие гидролиз фосфодиэфирной связи. Эти ферменты участвуют в восстановлении последовательностей ДНК и РНК, восстановлении нуклеотидов и в превращении цГМФ и цАМФ в ГМФ и АМФ соответственно. [2] Гидролиз фосфодиэфирной связи также происходит химически и спонтанно, без помощи ферментов. Например, простая рибоза (в РНК) имеет на одну гидроксильную группу больше , чем дезоксирибоза (в ДНК), что делает первую менее стабильной и более восприимчивой к щелочному гидролизу , при котором относительно высокие значения pH вызывают разрыв фосфодиэфирной связи между двумя рибонуклеотидами . Относительная нестабильность РНК при гидроксильной атаке ее фосфодиэфирных связей делает ее непригодной для хранения геномной информации, но способствует ее полезности в транскрипции и трансляции . [2]