Frage von FragdenStein, 97

Veresterung des DNA-Rückgrats?

Hey Leute, mich beschäftigt die Bildung von Phosphatdiesterbindungen im Rückgrat der DNA während der Polymerisierung.

Unter physiologischen Bedingungen, wie sie in der Zelle vorliegen (pH 7,3), dürften die Phosphatreste der ankommenden Nukleosidtriphosphate deprotoniert vorliegen (daher doch auch die negative Ladung der DNA ).

Wenn nun die Phosphate gespalten werden, um an die freie Hydroxygruppe des 3' Endes zu binden, setzt das ein Pyrophosphat frei, es fehlt aber ein Sauerstoff und ein Wasserstoff zur Wasserbildung wie bei Veresterungen üblich. Habe das ganze mal schnell gezeichnet; ich hoffe, man kann das erkennen. Wie man sieht, spalten sich zwei Phosphate ab und für die Esterbindung ist letztlich nur noch ein Wasserstoff übrig.

Gibt es eine Esterbildung im alkalischen Milieu ( Verseifung als Gegenprozess?? ) unter Aufnahme von Hydroxid-Ionen oder irre ich mich einfach, dass die Phosphatreste deprotoniert sind?

Vielen Dank im Voraus.

Antwort
von PFromage, 56

Die Abspaltung des Pyrophosphats erfolgt ohne Wasserbildung.
Das O der OH-Gruppe des oberen Zuckers bindet an den P der unteren Phosphatgruppe, die am unteren Zucker verbleibt. 
Das H der oberen OH-Gruppe geht zum O der Pyrophosphatgruppe. Da die Pyrophosphate teilweise deprotoniert sind (meist werden sie als H2P2O6-- geschrieben), spielt es keine Rolle, ob diser H am O bleibt oder schon vorher abdissoziiert wurde.

Kommentar von PFromage ,

Das ist im Grund eine Esterbildung aus Säureanhydrid (Pyro) und Alkohol, da wird auch kein Wasser frei bzw. es wurde schon frei bei der Anhydridbildung.

Kommentar von FragdenStein ,

Danke, dein Kommentar ist die eigentliche Antwort. Ich meinte die Wasserfreisetzung bei der normalen Bildung einer Esterbindung zwischen Alkohol und Säure. Aber du hast ja erklärt, dass sich dies im Falle einer vorhergehen Deprotonierung und bei einer Säureanhydrid Reaktion erledigt.

Antwort
von ThomasJNewton, 39

Die Zelle oder das Leben an sich kann natürlich nicht gegen die Regeln der Chemie arbeiten, aber sie bedient sich der Regeln auf eine ganz eigene Art und mit ganz eigenen Tricks.

Oder es greift auf Reaktionen zurück, die zur Zeit der Bildung des Lebens recht normal waren. Damals herrschten ganz eigene Bedingungen, und die Abwesenheit von Sauerstoff war nicht der erste Stolperstein.
Nukloside, -tide und -mono/di/triphosphate spielen ja heut noch eine wichtige Rolle, obwohl oder weil sie instabil sind, und weil oder obwohl sie daher viel Energie beinhalten.

Ich bin weder genügend Biologe noch Chemiker, die Bedingungen genau zu reproduzieren. Aber Gleichgewicht ist Gleichgewicht, und Katalysatoren vermögen es nicht zu verschieben.
Aber Enzyme sind häufig sehr effizient, verglichen mit technischen Katalysatoren.
Und wenn nicht, bleibt die Brute-Force-Methode, also rohe Gewalt, mit vielen ATP und NAD(P)H oder FAD(H).

Deswegen ist die Biologie eine eigene Wissenschaft, weil das eine eigene Geschichte hat, eine Evolution.

Und es gibt auch einen ganz billigen Trick, erfinderisch, nicht die Energiebilanz betreffend.
Wenn Pyropophosphat freigesetzt wird, verschiebt die spontan geschehende Spaltung des Pyrophosphats in 2 Phosphat das Gleichgewicht.

All das geht natürlich nicht gegen die Regeln der Chemie. Da geht kein O oder H verloren. Und Phosphat liegt als Hydrogen- oder Dihydrogenphosphat vor, bei normalem pH.
Rechne oder zähle das nochmal durch, die Chemie irrt nicht, die Zellen auch nicht. Auf dem Level.

Kommentar von FragdenStein ,

Vielen Dank für deine Antwort. Ich habe mich wohl etwas missverständlich ausgedrückt. Mir ging es Primär um die Bindung des verbleibenden an die Desoxyribose gebundenen Phosphats an eine weitere Ribose.

Der Hinweis, dass Phosphat auch bei leicht alkalischem pH als Hydrogenphosphat vorliegt, macht das Ganze etwas klarer.

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