您的位置首页百科问答

磷酸二酯键为什么叫“二酯”?

磷酸二酯键为什么叫“二酯”?

的有关信息介绍如下:

磷酸二酯键为什么叫“二酯”?

羧酸酯(R-COO-R'),磷酸酯(R-H2PO4) ;其中R、R‘指代其他基团[1]:

高中阶段知道乙酸乙酯反应过程中的“酸脱羟基、醇脱氢”口诀、是个脱水的”缩合反应“、生成的是共价键,考试够用的。

酯化反应的主要过程是:阳离子形成、亲核攻击、质子转移、Pi键形成这四步[3]。

当然,醇脱羟基的情况也存在,比如这个磷酸二酯键,感兴趣的可以再扩充一下。

其他酯键还有:硝酸酯键、硫酸酯键、磷酸酯键、羧酸酯键等,高中阶段只讲有机化学概念里的羧酸酯键,所以高中阶段所说的酯键常指羧酸酯键、磷酸酯键,一般不涉及其他酯键[5]。

在细胞池里组装好dNTPs这些小部件后,就由DNA pol Ⅰ这个依赖于DNA模板的聚合酶进行下一步的连接工作。(注意磷酸基团掉的是”-H“)

当细胞需要复制DNA时,DNA聚合酶Ⅰ(DNA Pol I))将在DNA模板链存在的条件下利用dNTPs这些高能底物沿5‘--->3’移动并合成新链:

~P~P(焦磷酸根离子,PPi)脱落并释放能量,dNMP由磷酸二酯键接着在5'---3'方向延伸,并在氢键、范德华力等的作用下形成稳定的双螺旋结构[6][7]:

下面这张图解释了3’端的-OH是怎么攻击的……就很棒。(注意这里磷酸基团掉的是”-OH“)

用公式抽象出来就是[8]:

当然另一份资料里的图示也很不错[9](doi: 10.1038/nature11181):

到这里就完成了一个点位的连接,DNA链也就向后延长了一个位置(n+1),在多个循环之后,DNA双螺旋的“外骨架”逐渐形成,磷酸二酯键具有良好的稳定性,除了一些酶如解旋酶等特殊因素的作用之外,能非常好地保持遗传信息不受干扰。先看图b:

按高中常说的“酸脱羟基 醇脱氢”,磷酸二酯键可以看作是一个磷酸基团与两个五碳糖分子上的羟基(即3'—OH, 5′—OH)发生酯化反应形成的,就是说磷酸基团应该是脱去两个羟基,两个五碳糖的3'-OH和5'-OH各脱去一个氢,从而形成3',5'—磷酸二酯键。

但,到这里可以看到,”酸脱羟基、醇脱氢“的规则并不适合套用在磷酸二酯键的两个酯键上。

在DNA合成中,ATP作为关键的能量和原料来源,为什么细胞使用dATP作为能量和原料来源,而非dADP:

这是因为若使用dADP为原料,DNA复制时单短时间内蓄积大量~P会导致磷酸二酯键不稳定、造成DNA结构分解,而以dATP为原料时,产生的~P~P(PPi)只会在特殊的焦磷酸酶存在下转化为~P,这个过程存在较大的自由能差(ΔG=-6.5 kcal/mol)),于是便能在极短的时间内使PPi分解产能,同时避免逆向反应;(2.2 图a 有个大大的逆向箭头)

其次,细胞内的任何一个反应或一条通路并不是独立存在的,DNA复制也不是胞内唯一一个能产生PPi的反应,PPi分解所产生的能量对内部许多正自由能,即需要能量才能进行重要的合成反应必不可少。既然用dNTPs方便当然是用它了,双螺旋叉腰~

贴一段原文:

由热力学可知,物质的运动总是一个趋向稳定的过程,然而细胞内的反应乍一看就是“错的”:例如从氨基酸到蛋白质这个过程的是正ΔG,即非自发反应,这个热力学上看似“逆向操作”是怎么来的?

随着研究深入,人们发现细胞内存在着一个类似于爬坡的过程,即能量源必须要先有一个上升、富集的过程,而后才能如高山流水一样向下奔腾到不同的反应支流。要实现这个能量上升的过程,就得先从外界获取初始能量(动物摄食行为、植物光合作用),接着再依赖各种特殊酶的存在爬升至ATP这个能量高地;而ATP的水解具有负ΔG,即能够自发进行,这就为实现不同的代谢途径、合成反应提供了动力条件。

虽然这个小哥的磷酸画错了[10],但这个系列还是不错的,感兴趣的同学可以去翻一下q。

附上一个讲解DNA合成的页面,搜索资料时发现挺有趣的,可以互动显示每一个DNA合成步骤的主要信息[11],感兴趣的同学可以去翻一下q:

Molecular Biology of the Gene 7th 与Biochemistry 7th 这两本书确实非常不错,需要自行阅读的同学可自取:

链接:https://pan.baidu.com/s/1Tnhy5UG-4ojl01ATvEym9g

提取码:0w8u

果然到处都有77[12]: