Lien phosphodiester: comment il est formé, fonction et exemples
Les liaisons phosphodiester sont les liaisons covalentes qui se produisent entre deux des atomes d'oxygène d'un groupe phosphate et les groupes hydroxyle de deux autres molécules. Dans ce type de liaisons, le groupe phosphate agit comme un "pont" de l'union stable entre les deux molécules par leurs atomes d'oxygène.
Le rôle fondamental des liaisons phosphodiester dans la nature est celui de la formation des brins d'acide nucléique de l'ADN et de l'ARN. Avec les sucres pentoses (désoxyribose ou ribose, selon le cas), les groupes phosphates font partie de la structure de support de ces biomolécules importantes.
Les chaînes nucléotidiques de l'ADN ou de l'ARN, comme les protéines, peuvent prendre différentes conformations tridimensionnelles stabilisées par des liaisons non covalentes, telles que des liaisons hydrogène entre des bases complémentaires.
Cependant, la structure primaire est donnée par la séquence linéaire des nucléotides liés de manière covalente au moyen de liaisons phosphodiester.
Comment se forme une liaison phosphodiester?
Comme les liaisons peptidiques dans les protéines et les liaisons glycosidiques entre les monosaccharides, les liaisons phosphodiester résultent de réactions de déshydratation au cours desquelles une molécule d'eau est perdue. Voici le schéma général de l'une de ces réactions de déshydratation:
HX 1 -OH + HX 2 -OH → HX 1 -X 2 -OH + H 2 O
Les ions phosphates correspondent à la base conjuguée complètement déprotonée de l'acide phosphorique et sont appelés phosphates inorganiques, dont l'abréviation est notée Pi. Lorsque deux groupes phosphate sont liés ensemble, une liaison phosphate anhydre est formée et une molécule appelée pyrophosphate inorganique ou PPi est obtenue.
Lorsqu'un ion phosphate est attaché à un atome de carbone d'une molécule organique, la liaison chimique est appelée ester de phosphate et l'espèce résultante est un monophosphate organique. Si la molécule organique se lie à plus d'un groupe phosphate, des diphosphates ou triphosphates organiques sont formés.
Lorsqu'une seule molécule de phosphate inorganique se lie à deux groupes organiques, une liaison phosphodiester ou "diester phosphate" est utilisée. Il est important de ne pas confondre les liaisons phosphodiester avec les liaisons phosphoanhydro à haute énergie entre les groupes phosphates de molécules telles que l'ATP, par exemple.
Les liaisons phosphodiester entre nucléotides adjacents sont constituées de deux liaisons phosphoester situées entre l'hydroxyle en position 5 'd'un nucléotide et l'hydroxyle en position 3' du nucléotide suivant sur un brin d'ADN ou d'ARN.
Selon les conditions du milieu, ces liaisons peuvent être hydrolysées à la fois enzymatiquement et non enzymatiquement.
Enzymes impliquées
La formation et la rupture des liaisons chimiques sont cruciales pour tous les processus vitaux tels que nous les connaissons, et le cas des liaisons phosphodiester ne fait pas exception.
Les enzymes les plus importantes pouvant former ces liaisons sont l'ADN ou l'ARN polymérase et les ribozymes. Les enzymes phosphodiesterases sont capables de les hydrolyser par voie enzymatique.
Au cours de la réplication, processus crucial pour la prolifération cellulaire, un dNTP (désoxynucléotide triphosphate) complémentaire de la matrice matrice est incorporé dans l’ADN par une réaction de transfert de nucléotide.
La polymérase est responsable de la formation d'une nouvelle liaison entre le 3'-OH du brin matrice et l'α-phosphate de dNTP, grâce à l'énergie libérée par la rupture des liaisons entre les phosphates α et β du dNTP, qui sont liées par des liaisons phosphoanhydro.
Le résultat est l'extension de la chaîne par un nucléotide et la libération d'une molécule de pyrophosphate (PPi). Il a été déterminé que ces réactions méritaient deux ions magnésium divalents (Mg2 +), dont la présence permet à la stabilisation électrostatique du nucléophile OH- de réaliser l'approximation vers le site actif de l'enzyme.
Le pK a d'une liaison phosphodiester est proche de 0, ainsi, dans une solution aqueuse, ces liaisons sont complètement ionisées, chargées négativement.
Cela confère aux molécules d'acide nucléique une charge négative, qui est neutralisée grâce aux interactions ioniques avec les charges positives des résidus d'acides aminés protéiques, à la liaison électrostatique avec des ions métalliques ou à l'association avec des polyamines.
Dans une solution aqueuse, les liaisons phosphodiester dans les molécules d'ADN sont beaucoup plus stables que dans les molécules d'ARN. Dans une solution alcaline, lesdites liaisons dans les molécules d'ARN sont clivées par déplacement intramoléculaire du nucléoside à l'extrémité 5 'par un oxyanion 2'.
Fonction et exemples
Comme mentionné, le rôle le plus important de ces liens est leur participation à la formation du squelette des molécules d'acide nucléique, qui sont les molécules les plus importantes du monde cellulaire.
L'activité des enzymes topoisomérases, qui sont activement impliquées dans la réplication de l'ADN et la synthèse des protéines, dépend de l'interaction des liaisons phosphodiester à l'extrémité 5 'de l'ADN avec la chaîne latérale des résidus de tyrosine au site actif de celles-ci. des enzymes
Les molécules qui participent en tant que seconds messagers, telles que l'adénosine monophosphate cyclique (AMPc) ou le guanosine triphosphate cyclique (cGTP), ont des liaisons phosphodiester qui sont hydrolysées par des enzymes spécifiques, appelées phosphodiesterases, dont la participation revêt une grande importance pour de nombreux processus de signalisation. cellulaire
Les glycérophospholipides, composants fondamentaux des membranes biologiques, sont composés d'une molécule de glycérol liée par des liaisons phosphodiester aux groupes «têtes» polaires constituant la région hydrophile de la molécule.
