Τι είναι ο δεσμός φωσφοδιεστέρα;
Σχηματίζεται ένας φωσφοδιεστερικός δεσμός μεταξύ δύο μορίων σακχάρου και μιας φωσφορικής ομάδας. Αυτός ο δεσμός συνδέει νουκλεοτίδια, τα οποία αποτελούν τη ραχοκοκαλιά μιας αλυσίδας DNA ή RNA.
Το DNA και το RNA, όπως γνωρίζουμε, είναι εξαιρετικά σημαντικά βιομόρια που βρίσκονται σε ζωντανούς οργανισμούς. Είναι υπεύθυνοι να μας κάνουν αυτό που είμαστε—παρόμοιοι, και όμως τόσο μοναδικοί. Κάθε άτομο γνωρίζει τη διάσημη δομή διπλής έλικας του DNA. Αν μη τι άλλο, τότε το έχετε δει σε ταινίες όπως ο Spiderman :δομή με στροφές, σαν σκάλα, σαν σπειροειδής σκάλα. Οι φωσφοδιεστερικοί δεσμοί είναι δεσμοί μεταξύ της φωσφορικής ομάδας και των 2 μορίων σακχάρου στο DNA ή το RNA.
Δομή DNA και RNA
Για να κατανοήσουμε έναν φωσφοδιεστερικό δεσμό, πρέπει πρώτα να κατανοήσουμε τη βασική δομή του DNA και του RNA. Γνωρίζουμε ότι το DNA έχει δομή διπλής έλικας, ενώ το RNA έχει παρόμοια δομή, εκτός από το ότι έχει μόνο έναν κλώνο.
Δομή DNA (Φωτογραφία :iris wright/ Shutterstock)
Το DNA αποτελείται από τρία μέρη - μια αζωτούχα βάση, ένα μόριο σακχάρου και μια ομάδα τριφωσφορικών. Υπάρχουν τέσσερις αζωτούχες βάσεις:αδενίνη, γουανίνη, κυτοσίνη και θυμίνη (ουρακίλη στο RNA). Η βάση, που συνδέεται με το μόριο του σακχάρου, είναι γνωστή ως νουκλεοζίτης. Ο νουκλεοζίτης που συνδέεται με τη φωσφορική ομάδα ονομάζεται νουκλεοτίδιο.
Νουκλεοτίδιο
Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, ένα μόριο νουκλεοτιδίου αποτελείται από 2 μέρη - έναν νουκλεοζίτη και μια φωσφορική ομάδα. Τα αλληλένδετα νουκλεοτίδια σχηματίζουν ένα μόνο σκέλος γενετικού υλικού. Στην περίπτωση του DNA, δύο κλώνοι συνδέονται μεταξύ τους με τις αζωτούχες βάσεις τους για να σχηματίσουν τη δίκλωνη δομή.
Το μόριο σακχάρου στο RNA είναι ένα σάκχαρο ριβόζης, το οποίο είναι ένα μόριο σακχάρου με 5 άνθρακα (C5H10O5). Στο DNA, το μόριο σακχάρου έχει ένα άτομο οξυγόνου λιγότερο, γι' αυτό ονομάζεται δεοξυριβόζη (C5H10O4). Αυτό το μόριο σακχάρου συνδέεται με την ομάδα φωσφορικών αλάτων. Η ομάδα φωσφορικών αλάτων προέρχεται από το φωσφορικό οξύ (H3PO4), το οποίο έχει χάσει 2 άτομα υδρογόνου.
Η προσκόλληση συμβαίνει στον 5ο άνθρακα του μορίου του σακχάρου. Το άτομο άνθρακα έχει 2 άτομα υδρογόνου και μια ομάδα υδροξυλίου (ομάδα -ΟΗ). Κατά τον σχηματισμό δεσμού, η φωσφορική ομάδα χάνει ένα άτομο υδρογόνου, ενώ ο 5ος άνθρακας του σακχάρου χάνει μια ομάδα υδροξυλίου. Έτσι, σχηματίζεται δεσμός μεταξύ τους με ένα μόριο νερού, που σχηματίζεται από το Η της φωσφορικής ομάδας και απελευθερώνεται το ΟΗ του σακχάρου. Αυτός είναι ένας εστερικός δεσμός.
Νουκλεοτίδιο (Φωτογραφία:Designua/ Shutterstock)
Είναι σημαντικό να σημειωθεί εδώ ότι τα νουκλεοτίδια μπορούν να έχουν μία, δύο ή τρεις φωσφορικές ομάδες στον 5ο άνθρακα. Ωστόσο, στα νουκλεϊκά οξέα, υπάρχουν τρεις φωσφορικές ομάδες.
Φωσφοδιεστερικός δεσμός
Ένας φωσφοδιεστερικός δεσμός κυριολεκτικά αναφέρεται στη στιγμή που ένα μόριο φωσφορικού οξέος σχηματίζει δύο εστερικούς δεσμούς. Όπως φαίνεται παραπάνω, ένα μόριο νουκλεοτιδίου έχει ήδη έναν εστερικό δεσμό όταν ο νουκλεοζίτης προσκολλάται στη φωσφορική ομάδα. Αυτή η φωσφορική ομάδα συνδέεται με το μόριο σακχάρου του γειτονικού νουκλεοτιδίου για να τα συνδέσει. Αυτός ο δεσμός σακχάρου-φωσφορικού-ζάχαρου σχηματίζει τη ραχοκοκαλιά του κλώνου DNA ή RNA.
(Πιστωτική φωτογραφία :Sponk (συζήτηση)/Wikimedia Commons)
Σκεφτείτε ένα μόριο φωσφορικού οξέος. Έχει ήδη χάσει ένα άτομο υδρογόνου από ένα μόριο σακχάρου για να σχηματίσει ένα νουκλεοτίδιο. Αυτό το φωσφορικό οξύ υποβάλλεται τώρα σε παρόμοια διαδικασία για να συνδεθεί με ένα άλλο μόριο σακχάρου. Ωστόσο, η διαφορά είναι ότι όταν συνδέεται με το μόριο του σακχάρου ενώ σχηματίζει το νουκλεοτίδιο, προσκολλάται στον 5ο άνθρακα του σακχάρου της ριβόζης. Κατά τον σχηματισμό δεσμού μεταξύ 2 διαφορετικών νουκλεοτιδίων, η υδροξυλομάδα (-ΟΗ) χάνεται από τον 3ο άνθρακα του σακχάρου της ριβόζης. Ακολουθεί η ίδια διαδικασία—ένα υδρογόνο χάνεται από το φωσφορικό οξύ και ένα -ΟΗ χάνεται από το σάκχαρο για να σχηματιστεί ένα μόριο νερού.
Αυτό σχηματίζει τον δεύτερο εστερικό δεσμό, οπότε παίρνει το όνομα phosphodi εστερικός δεσμός.
Όπως αναφέρθηκε, οι φωσφοδιεστερικοί δεσμοί μπορεί να είναι σε νουκλεοτίδια που περιέχουν ένα μονοφωσφορικό, διφωσφορικό ή τριφωσφορικό. Στο DNA και το RNA, ωστόσο, τα νουκλεοτίδια έχουν τριφωσφορική ομάδα.
