В химии фосфодиэфирная связь возникает, когда ровно две гидроксильные группы ( -OH ) фосфорной кислоты реагируют с гидроксильными группами других молекул с образованием двух сложноэфирных связей. «Связь» включает в себя эту связь C-O-PO.−2О-С . [1] В обсуждении фосфодиэфиров преобладает их преобладание в ДНК и РНК , но фосфодиэфиры встречаются и в других биомолекулах, например, в ацильных белках-переносчиках , фосфолипидах и циклических формах ГМФ и АМФ (цГМФ и цАМФ). [2]
Фосфодиэфирные связи составляют основу ДНК и РНК . В фосфодиэфирных связях нуклеиновых кислот фосфат присоединяется к 5'-углероду одного нуклеозида и к 3'-углероду соседнего нуклеозида. В частности, это фосфодиэфирные связи, которые связывают 3'-атом углерода одной молекулы сахара и 5'-атом углерода другой (отсюда и название 3', 5'-фосфодиэфирная связь, используемое по отношению к этому типу связи в цепях ДНК и РНК). ). [3] Задействованные группы сахаридов представляют собой дезоксирибозу в ДНК и рибозу в РНК. Чтобы образовалась фосфодиэфирная связь , соединяющая нуклеозиды , трифосфатные или дифосфатные формы нуклеотидных строительных блоков расщепляются с выделением энергии, необходимой для запуска реакции, катализируемой ферментом . [4] Например, при репликации ДНК образование фосфодиэфирных связей катализируется ферментом ДНК -полимеразой с использованием пары катионов магния и других поддерживающих структур. [3] Образование связи происходит не только при репликации ДНК и РНК, но также при репарации и рекомбинации нуклеиновых кислот и может требовать участия различных полимераз, праймеров и/или лигаз. Например, во время репликации ДНК ДНК-полимераза I оставляет отверстие между фосфатами во вновь сформированном остове. ДНК-лигаза способна образовывать фосфодиэфирную связь между нуклеотидами по обе стороны от разрыва. [2]
Фосфодиэфиры отрицательно заряжены при pH 7. [5] Отрицательный заряд притягивает гистоны , катионы металлов, таких как магний , и полиамины [нужна ссылка]. Отталкивание между этими отрицательными зарядами влияет на конформацию полинуклеиновых кислот.
Гидролиз (разрыв) фосфодиэфирных связей можно стимулировать несколькими способами. Фосфодиэстеразы – это ферменты, катализирующие гидролиз фосфодиэфирной связи. Эти ферменты участвуют в восстановлении последовательностей ДНК и РНК, спасении нуклеотидов и превращении цГМФ и цАМФ в ГМФ и АМФ соответственно. [2] Гидролиз фосфодиэфирной связи также происходит химически и самопроизвольно, 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 этом условия относительно высокого pH вызывают разрыв фосфодиэфирной связи между двумя рибонуклеотидами . Относительная нестабильность РНК при гидроксильной атаке ее фосфодиэфирных связей делает ее неподходящей для хранения геномной информации, но способствует ее полезности в транскрипции и трансляции . [2]