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인산다이에스터 결합

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1. 개요

인산다이에스터 결합은 DNA와 RNA의 골격을 형성하는 화학 결합으로, 한 뉴클레오사이드의 5' 탄소와 인접한 뉴클레오사이드의 3' 탄소 사이의 인산기를 연결한다. 이 결합은 뉴클레오타이드의 삼인산 또는 이인산 형태가 분해되면서 에너지를 방출하여 형성되며, DNA 중합효소와 같은 효소에 의해 촉매된다. 인산다이에스터 결합은 pH 7에서 음전하를 띠며, DNA 복제, 복구, 재조합 과정에서 중요한 역할을 한다. 또한 포스포디에스터가수분해효소에 의해 가수분해될 수 있으며, RNA의 경우 리보스의 불안정성으로 인해 화학적으로도 분해될 수 있다.

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인산다이에스터 결합
개요
유형화학 결합
설명인산과 두 개의 다른 분자를 연결하는 –O– 결합
화학 정보
화학식PO4(3-)
연결 구조C−O−PO2−O−C
pKapKa 값 정보 없음 (문서 내 명시되지 않음)
추가 정보
관련 정보DNA
RNA

2. 포스포다이에스터 결합

인산다이에스터 결합은 DNA와 RNA의 골격을 형성하는 핵심적인 화학 결합이다. 포스포다이에스터레이스는 포스포다이에스터 결합의 가수분해를 촉매하는 효소이다. 예를 들어 cAMPcGMP 분자 내의 포스포다이에스터 결합을 가수분해할 수 있다.

산화적 DNA 손상의 복구에 중요한 역할을 하는 효소는 3'-포스포다이에스터레이스이다.

DNA 복제 과정에서 DNA 중합효소 I에 의해 당-인산 골격의 인산기 사이에 틈(nick)이 남겨지는데, DNA 리게이스는 뉴클레오타이드 사이에 포스포다이에스터 결합을 형성하여 이 틈을 메운다.[4]

2. 1. DNA와 RNA 골격에서의 역할

인산다이에스터 결합은 DNA와 RNA의 골격을 구성한다. 핵산의 인산다이에스터 결합에서 인산기는 하나의 뉴클레오사이드의 5' 탄소와 인접한 뉴클레오사이드의 3' 탄소에 부착된다. 구체적으로, 하나의 당 분자의 3' 탄소 원자와 다른 당 분자의 5' 탄소 원자를 연결하는 것이 인산다이에스터 결합이며(따라서 DNA와 RNA 사슬에서 이러한 종류의 결합을 언급할 때 사용되는 3', 5' 인산다이에스터 결합이라는 이름이 붙었다),[2] 여기에 관여하는 당은 DNA에서는 데옥시리보스, RNA에서는 리보스이다. 인산다이에스터 결합이 형성되어 뉴클레오사이드를 연결하려면, 뉴클레오타이드 구성 요소의 삼인산 또는 이인산 형태가 분해되어 효소 촉매 반응을 구동하는 데 필요한 에너지를 방출한다.[3] 예를 들어 DNA 복제에서 인산다이에스터 결합의 형성은 DNA 중합효소 효소에 의해 촉매되며, 한 쌍의 마그네슘 이온과 기타 지지 구조를 사용한다.[2] 이 결합의 형성은 DNA와 RNA 복제뿐만 아니라 핵산의 복구 및 재조합에서도 일어나며, 다양한 중합효소, 프라이머 및/또는 리가아제의 관여가 필요할 수 있다. 예를 들어 DNA 복제 중에 DNA 중합효소 I은 새로 형성된 골격의 인산염 사이에 구멍을 남긴다. DNA 리가아제는 간격 양쪽의 뉴클레오타이드 사이에 인산다이에스터 결합을 형성할 수 있다.[4]

인산다이에스터는 pH 7에서 음전하를 띤다.[5] 음전하는 히스톤, 마그네슘과 같은 금속 양이온 및 폴리아민을 끌어들인다. 이러한 음전하 사이의 반발력은 폴리핵산의 구조에 영향을 준다.

2. 2. 화학적 특징

인산다이에스터는 pH 7에서 음전하를 띤다.[5] 음전하는 히스톤, 마그네슘과 같은 금속 양이온 및 폴리아민을 끌어당긴다. 이러한 음전하 사이의 반발력은 폴리뉴클레오타이드의 구조에 영향을 준다.

3. 포스포다이에스터 결합의 분해

인산다이에스터 결합의 가수분해(절단)는 효소의 도움을 받거나 화학적인 방법으로 일어날 수 있다. RNA의 리보스는 DNA의 데옥시리보스보다 하이드록실기가 하나 더 많아서 덜 안정적이고 알칼리 가수분해에 더 취약하다. 이는 상대적으로 높은 pH 조건에서 두 리보뉴클레오타이드 사이의 인산다이에스터 결합 절단을 유도한다. RNA의 상대적 불안정성은 게놈 정보 저장에는 부적합하지만, 전사번역에 유용하다.[4]

3. 1. 효소적 가수분해

포스포다이에스터레이스는 포스포다이에스터 결합의 가수분해를 촉매하는 효소이다. 예를 들어 cAMPcGMP 분자 내의 포스포다이에스터 결합을 가수분해할 수 있다.[4]

산화적 DNA 손상의 복구에 중요한 역할을 하는 효소는 3'-포스포다이에스터레이스이다.[4]

DNA 복제 중에 당-인산 골격의 인산기 사이에 DNA 중합효소 I에 의해 남겨진 닉(nick)이 있다. DNA 리게이스는 뉴클레오타이드들 사이에 포스포다이에스터 결합을 형성할 수 있다.[4]

인산다이에스터 결합의 가수분해(절단)는 여러 가지 방법으로 촉진될 수 있다. 포스포디에스터가수분해효소는 인산다이에스터 결합의 가수분해를 촉매하는 효소이다. 이 효소는 DNA와 RNA 서열 복구, 뉴클레오타이드 재활용 및 각각 cGMP와 cAMP를 GMP와 AMP로 전환하는 데 관여한다.[4] 인산다이에스터 결합의 가수분해는 효소의 도움 없이 화학적으로 그리고 자발적으로도 일어난다. 예를 들어, RNA의 단순한 리보스는 DNA의 데옥시리보스보다 하이드록실기가 하나 더 많아서 전자가 덜 안정적이고 알칼리 가수분해에 더 취약하다. 이는 상대적으로 높은 pH 조건에서 두 리보뉴클레오타이드 사이의 인산다이에스터 결합의 절단을 유도한다. 인산다이에스터 결합에 대한 하이드록실 공격 하에서 RNA의 상대적 불안정성은 게놈 정보 저장에는 부적합하지만, 전사번역에서의 유용성에 기여한다.[4]

3. 2. 화학적 가수분해

포스포디에스터가수분해효소는 인산다이에스터 결합의 가수분해를 촉매하는 효소이다. 이 효소는 DNA와 RNA 서열 복구, 뉴클레오타이드 재활용, 그리고 cGMP와 cAMP를 각각 GMP와 AMP로 전환하는 데 관여한다.[4] 인산다이에스터 결합의 가수분해는 효소의 도움 없이 화학적으로, 그리고 자발적으로도 일어난다. 예를 들어 RNA의 리보스는 DNA의 데옥시리보스보다 하이드록실기가 하나 더 많아 덜 안정적이고 알칼리 가수분해에 더 취약하다. 이는 상대적으로 높은 pH 조건에서 두 리보뉴클레오타이드 사이의 인산다이에스터 결합 절단을 유도한다. 인산다이에스터 결합에 대한 하이드록실 공격 하에서 RNA의 상대적 불안정성은 게놈 정보 저장에는 부적합하지만, 전사번역에서는 유용하게 작용한다.[4]

참조

[1] 웹사이트 Phosphodiester bond https://teaching.ncl[...] 2014-10-29
[2] 서적 Lehninger Principles of Biochemistry W.H. Freeman and Company
[3] 서적 Biochemistry Pragati Books 2008
[4] 서적 Biochemistry W.W. Norton & Company
[5] 서적 Fundamental Biochemistry McGraf Educational 2007
[6] 웹인용 Phosphodiester bond https://teaching.ncl[...] 2019-05-14
[7] 서적 Fundamental Biochemistry McGraf Educational 2007
[8] 서적 Biochemistry Pragati Books 2008
[9] 서적 Molecular Biology of the Cell Garland Science 2017



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