Všeobecnosť
Dusíkaté zásady sú aromatické heterocyklické organické zlúčeniny obsahujúce atómy dusíka, ktoré sa podieľajú na tvorbe nukleotidov.
Nukleotidy, ktoré sú spojením dusíkatej zásady, pentózy (tj. Cukru s 5 atómami uhlíka) a fosfátovej skupiny, sú molekulárnymi jednotkami, ktoré tvoria nukleové kyseliny DNA a RNA.
V DNA sú dusíkatými bázami: adenín, guanín, cytozín a tymín; v "RNA sú rovnaké, okrem tymínu, namiesto ktorého c" je dusíkatá báza nazývaná uracil.
Na rozdiel od RNA tvoria dusíkaté bázy DNA párovanie alebo pár báz. Prítomnosť takéhoto párovania je možná, pretože DNA má dvojvláknovú štruktúru nukleotidov.
Génová expresia závisí od sekvencie dusíkatých báz spojených s nukleotidmi DNA.
Čo sú to dusíkaté bázy?
Bázy dusíka sú organické molekuly obsahujúce dusík, ktoré sa podieľajú na tvorbe nukleotidov.
Nukleotidy, tvorené dusíkatou zásadou, 5-uhlíkovým cukrom (pentóza) a fosfátovou skupinou, sú molekulárnymi jednotkami, ktoré tvoria DNA a RNA nukleových kyselín.
Nukleové kyseliny DNA a RNA sú biologické makromolekuly, od ktorých závisí vývoj a správne fungovanie buniek živej bytosti.
DUSÍKOVÉ ZÁKLADY JADROVÝCH KYSELÍN
Dusíkaté bázy, ktoré tvoria DNA a RNA nukleové kyseliny, sú: adenín, guanín, cytozín, tymín a uracil.
Adenín, guanín a cytozín sú spoločné pre obe nukleové kyseliny, tj. Sú súčasťou nukleotidov DNA aj nukleotidov RNA. Tymín je exkluzívny pre DNA, zatiaľ čo uracil je exkluzívny pre RNA.
Stručne povedané, dusíkaté bázy, ktoré tvoria nukleovú kyselinu (či už DNA alebo RNA), patria do 4 rôznych typov.
SKRATKY ZÁKLADOV DUSÍKU
Chemici a biológovia považovali za vhodné skrátiť názvy dusíkatých báz jediným písmenom abecedy. Týmto spôsobom uľahčili a urýchlili reprezentáciu a opis nukleových kyselín v textoch.
L "adenín sa zhoduje s veľkým písmenom A; guanín s veľkým písmenom G; cytozín s veľkým písmenom C; tymín s veľkým písmenom T; nakoniec l" uracil s veľkým písmenom U.
Triedy a štruktúra
Existujú dve triedy dusíkatých báz: trieda dusíkatých báz, ktoré pochádzajú z pyrimidínu, a trieda dusíkatých báz, ktoré pochádzajú z purínu.
Obrázok: generická chemická štruktúra pyrimidínu a purínu.
Dusíkaté bázy, ktoré pochádzajú z pyrimidínu, sú tiež známe pod alternatívnymi názvami: dusíkaté bázy pyrimidínu alebo pyrimidínu; zatiaľ čo dusíkaté bázy, ktoré pochádzajú z purínu, sú tiež známe pod alternatívnymi výrazmi: purínové alebo purínové dusíkaté zásady.
Cytozín, tymín a uracil patria do skupiny dusíkatých báz pyrimidínu; adenín a guanín, naopak, tvoria triedu purínových dusíkatých báz.
Príklady purínových derivátov, iných ako dusíkaté základy DNA a RNA
Medzi purínové deriváty patria aj organické zlúčeniny, ktoré nie sú dusíkatými bázami DNA a RNA. Do vyššie uvedenej kategórie patria napríklad zlúčeniny ako kofeín, xantín, hypoxantín, teobromín a kyselina močová.
ČO SÚ ZÁKLADY DUSÍKU Z CHEMICKÉHO VÝHĽADU?
Organickí chemici definujú dusíkaté bázy a všetky deriváty purínu a pyrimidínu ako aromatické heterocyklické zlúčeniny.
- Heterocyklická zlúčenina je organický kruh (alebo cyklický) zlúčenina, ktorá vo vyššie uvedenom kruhu má jeden alebo viac atómov iných ako uhlík. V prípade purínov a pyrimidínov sú inými atómami uhlíka atómy dusíka.
- Aromatická zlúčenina je organická kruhová zlúčenina, ktorá má štruktúrne a funkčné charakteristiky podobné benzénu.
ŠTRUKTÚRA
Obrázok: chemická štruktúra benzénu.
Chemická štruktúra dusíkatých báz odvodených od pyrimidínu pozostáva hlavne z jedného kruhu so 6 atómami, z ktorých 4 sú uhlík a 2 dusík.
Pyrimidínová dusíková báza je v skutočnosti pyrimidín s jedným alebo viacerými substituentmi (tj. Jedným atómom alebo skupinou atómov) viazanými na jeden z atómov uhlíka v kruhu.
Na druhej strane chemická štruktúra dusíkatých báz odvodených od purínu pozostáva hlavne z dvojitého kruhu s 9 celkovými atómami, z ktorých 5 je uhlík a 4 dusík. Uvedený dvojitý kruh s 9 celkovými atómami pochádza z fúzie pyridínového kruhu (tj. Pyrimidínového kruhu) s imidazolovým kruhom (tj. Imidazolovým kruhom, ďalšou heterocyklickou organickou zlúčeninou).
Obrázok: štruktúra imidazolu.
Ako je známe, pyrimidínový kruh obsahuje 6 atómov; zatiaľ čo imidazolový kruh obsahuje 5. Pri fúzii dva kruhy spoja každý dva atómy uhlíka a to vysvetľuje, prečo konečná štruktúra obsahuje konkrétne 9 atómov.
POZÍCIA DUSÍKOVÝCH ATÓMOV V PURÍNECH A PYRIMIDÍNECH
Na zjednodušenie štúdia a popisu organických molekúl organickí chemici mysleli na priradenie identifikačného čísla uhlíkom a všetkým ostatným atómom nosných štruktúr. Číslovanie vždy začína od 1, je založené na veľmi špecifických kritériách priradenia (ktoré je tu lepšie vynechať) a slúži na stanovenie polohy každého atómu v molekule.
V prípade pyrimidínov numerické priraďovacie kritériá stanovujú, že 2 atómy dusíka zaujímajú polohu 1 a polohu 3, zatiaľ čo štyri atómy uhlíka sa nachádzajú v polohách 2, 4, 5 a 6.
Na druhej strane pre puríny numerické kritériá priradenia stanovujú, že 4 atómy dusíka zaujímajú polohy 1, 3, 7 a 9, zatiaľ čo 5 atómov uhlíka sa nachádza v polohách 2, 4, 5, 6 a 8.
Poloha v nukleotidoch
Dusíkatá báza nukleotidu sa vždy pripája k uhlíku v polohe 1 zodpovedajúcej pentózy prostredníctvom kovalentnej N-glykozidovej väzby.
Najmä
- The dusíkaté bázy, ktoré pochádzajú z pyrimidínu tvoria N-glykozidickú väzbu prostredníctvom svojho dusíka v polohe 1;
- Kým dusíkaté bázy, ktoré pochádzajú z purínu prostredníctvom dusíka v polohe 9 tvoria N-glykozidickú väzbu.
V chemickej štruktúre nukleotidov predstavuje pentóza centrálny prvok, na ktorý sa viaže dusíkatá báza a fosfátová skupina.
Chemická väzba, ktorá spája fosfátovú skupinu s pentózou, je fosfodiesterového typu a zahŕňa kyslík fosfátovej skupiny a uhlík v polohe 5 pentózy.
KEDY ZÁKLADY DUSÍKU tvoria NUKLEOZID?
Kombinácia dusíkatej bázy a pentózy tvorí organickú molekulu, ktorá má názov nukleozid.
Preto je pridanie fosfátovej skupiny, ktoré mení nukleozidy na nukleotidy.
Navyše podľa konkrétnej definície nukleotidov by týmito organickými zlúčeninami boli „nukleozidy, ktoré majú jednu alebo viac fosfátových skupín viazaných na uhlík 5 pentózy, ktorá je súčasťou pentózy“.
Organizácia v DNA
DNA alebo kyselina deoxyribonukleová je veľká biologická molekula tvorená dvoma veľmi dlhými vláknami nukleotidov (alebo polynukleotidovými vláknami).
Tieto polynukleotidové vlákna majú niektoré vlastnosti, ktoré si zaslúžia osobitnú zmienku, pretože tiež úzko ovplyvňujú dusíkaté bázy:
- Sú navzájom zjednotení.
- Sú orientované v opačných smeroch („antiparalelné vlákna“).
- Omotajú sa okolo seba, akoby boli dve špirály.
- Nukleotidy, ktoré ich tvoria, majú také usporiadanie, že dusíkaté bázy sú orientované k stredovej osi každej špirály, zatiaľ čo pentózy a fosfátové skupiny tvoria jej vonkajšie lešenie.
Singulárne usporiadanie nukleotidov spôsobuje, že každá dusíkatá báza jedného z dvoch polynukleotidových vlákien sa prostredníctvom vodíkových väzieb spojí s dusíkatou bázou prítomnou na druhom vlákne. Toto spojenie preto vytvára párovanie báz, ktoré spája biologický a genetický pôvod hovorte tomu párovanie alebo základný pár.
Poc “sa skutočne potvrdilo, že tieto dve vlákna sú navzájom spojené: na určenie spojenia sú väzby existujúce medzi rôznymi dusíkatými bázami dvoch polynukleotidových vlákien.
KONCEPC DOPLNKOSTI MEZI ZÁKLADMI DUSÍKU
Štúdiom štruktúry DNA vedci zistili, že párovanie medzi dusíkatými zásadami je veľmi špecifické. V skutočnosti si všimli, že adenín sa viaže iba na tymín, zatiaľ čo cytozín sa viaže iba na guanín.
Vo svetle tohto objavu vytvorili termín „komplementarita medzi dusíkatými zásadami“, aby sa naznačila jednoznačná väzba medzi adenínom s tymínom a cytozínom s guanínom.
Identifikácia komplementárneho párovania medzi dusíkatými bázami predstavovala základný kameň na vysvetlenie fyzických rozmerov DNA a konkrétnej stability dvoch polynukleotidových reťazcov.
Americký biológ James Watson a anglický biológ Francis Crick v roku 1953 významne prispeli k objaveniu štruktúry DNA (od „špirálovitého vinutia dvoch polynukleotidových reťazcov“ po párovanie medzi komplementárnymi dusíkatými bázami).
Vďaka formulácii takzvaného „modelu dvojitej špirály“ mali Watson a Crick „neuveriteľnú intuíciu, ktorá predstavovala epochálny zlom v oblasti molekulárnej biológie a genetiky.
Objav presnej štruktúry DNA v skutočnosti umožnil študovať a porozumieť biologickým procesom zahŕňajúcim deoxyribonukleovú kyselinu: od toho, ako sa RNA replikuje alebo tvorí, až po generovanie bielkovín.
VIAZKY, KTORÉ SPOJUJÚ SPÁRE PÁROV DUSÍKOVÝCH ZÁKLADOV
Na spojenie dvoch dusíkatých báz v molekule DNA, ktoré tvoria komplementárne páry, slúži séria chemických väzieb, známych ako vodíkové väzby.
Adenín a tymín interagujú navzájom prostredníctvom dvoch vodíkových väzieb, zatiaľ čo guanín a cytozín prostredníctvom troch vodíkových väzieb.
KOĽKO PÁROV DUSÍKOVÝCH ZÁKLADOV OBSAHUJE MOLKULE ĽUDSKEJ DNA?
Generická molekula ľudskej DNA obsahuje asi 3,3 miliardy párov dusíkatých báz, čo je asi 3,3 miliardy nukleotidov na vlákno.
Obrázok: Chemická interakcia medzi adenínom a tymínom a medzi guanínom a cytozínom. Čitateľ si môže všimnúť polohu a počet vodíkových väzieb, ktoré držia pohromade dusíkaté bázy dvoch polynukleotidových reťazcov.
Organizácia v RNA
Na rozdiel od DNA, RNA alebo ribonukleovej kyseliny je nukleová kyselina, ktorá sa zvyčajne skladá z jedného vlákna nukleotidov.
Preto sú dusíkaté bázy, ktoré ju tvoria, „nepárové“.
Malo by sa však poukázať na to, že nedostatok komplementárneho reťazca dusíkatých báz nevylučuje možnosť, že sa dusíkaté bázy RNA môžu spárovať ako DNA.
Inými slovami, dusíkaté bázy jedného vlákna RNA sa môžu párovať podľa zákonov komplementarity medzi dusíkatými bázami, rovnako ako dusíkaté bázy DNA.
Komplementárne párovanie medzi dusíkatými bázami dvoch odlišných molekúl RNA je základom dôležitého procesu syntézy proteínov (alebo syntézy proteínov).
URACILE VYMENÍ TIMINU
V „RNA“ uracil nahrádza tymín DNA nielen v štruktúre, ale aj v komplementárnom párovaní: v skutočnosti je to dusíkatá báza, ktorá sa špecificky viaže na adenín, keď sa funkčne objavia dve odlišné molekuly RNA dôvody.
Biologická úloha
Expresia génov závisí od sekvencie dusíkatých báz spojených s nukleotidmi DNA. Gény sú viac -menej dlhé segmenty DNA (teda segmenty nukleotidov), ktoré obsahujú informácie nevyhnutné pre syntézu bielkovín. Skladajú sa z aminokyselín, proteíny sú biologické makromolekuly, ktoré hrajú zásadnú úlohu v regulácii bunkových mechanizmov organizmu.
Sekvencia dusíkatých báz daného génu špecifikuje aminokyselinovú sekvenciu príbuzného proteínu.
