splošnost
Dušikove baze so aromatske heterociklične organske spojine, ki vsebujejo dušikove atome, ki sodelujejo pri nastajanju nukleotidov.
Plod združitve dušikove baze, pentoza (tj. Sladkor s 5 atomi ogljika) in fosfatne skupine, nukleotidi, so molekularne enote, ki sestavljajo DNA in RNA nukleinskih kislin.
V DNA so dušikove baze: adenin, gvanin, citozin in timin; v RNA so enake, razen timina, v katerem je dušikova baza, imenovana uracil.
Za razliko od tistih iz RNA, dušikove baze DNA tvorijo par ali bazne pare. Prisotnost teh združitev je možna, ker ima DNA dvojno verigo nukleotidno strukturo.
Ekspresija genov je odvisna od zaporedja dušikovih baz v kombinaciji z DNA nukleotidi.
Kaj so dušikove baze?
Dušikove baze so organske molekule, ki vsebujejo dušik in sodelujejo pri nastajanju nukleotidov .
Vsak nastane iz dušikove baze, sladkorja s 5 atomi ogljika (pentoza) in fosfatne skupine, nukleotidi so molekularne enote, ki sestavljajo DNA in RNA nukleinskih kislin .
Nukleinske kisline DNA in RNA so biološke makromolekule, od katerih je odvisen razvoj in pravilno delovanje celic živega bitja.
DUŠIČNE BAZE NUKLEJIH KISLIN. \ T
Dušikove baze, ki sestavljajo DNA in RNA nukleinskih kislin, so: adenin, gvanin, citozin, timin in uracil .
Adenin, gvanin in citozin so skupni za obe nukleinski kislini, tj. Sta del obeh DNA nukleotidov in RNA nukleotidov. Timin je izključno za DNA, medtem ko je uracil izključno za RNA .
Če povzamemo kratek povzetek, potem dušikove baze, ki tvorijo nukleinsko kislino (naj bo to DNA ali RNA), pripadajo 4 različnim tipom.
KRŠITVE DUŠIČNIH OSNOV
Kemiki in biologi so menili, da je primerno, da imena dušikovih baz skrajšajo z eno črko abecede. Na ta način so lažje in hitreje predstavili opis in opis nukleinskih kislin na besedilih.
Adenin sovpada z velikimi črkami A; gvanina z veliko črko G; citozin z veliko črko C; timin z velikimi črkami T; končno, uracil z veliko črko U.
Razredi in struktura
Obstajata dva razreda dušikovih baz: razred dušikovih baz, ki izhajajo iz pirimidina, in razred dušikovih baz, ki izhajajo iz purina .
Slika: generična kemijska struktura pirimidina in purina.
Dušične baze, ki izhajajo iz pirimidina, so znane tudi z alternativnimi imeni: pirimidinske ali pirimidinske dušikove baze ; medtem ko so dušikove baze, ki izhajajo iz purina, znane tudi z alternativnimi besedami: purinske ali purinske dušikove baze .
Citozin, timin in uracil spadajo v razred pirimidinskih dušikovih baz; adenin in gvanin pa tvorita razred purinskih dušikovih baz.
Primeri derivatov purina, razen dušikovih baz DNA in RNA
Med derivati purina obstajajo tudi organske spojine, ki niso dušikove baze DNA in RNA. V to kategorijo spadajo na primer spojine, kot so kofein, ksantin, hipoksantin, teobromin in sečna kislina.
KAJ SO OSNOVE AZOTE IZ KEMIJSKEGA POGLEDA?
Organski kemiki definirajo dušikove baze in vse purinske in pirimidinske derivate kot heterociklične aromatske spojine .
- Heterociklična spojina je organska obročna (ali ciklična) spojina, ki ima v prej omenjenem obroču enega ali več atomov, ki niso ogljik. V primeru purinov in pirimidinov so atomi razen ogljika atomi dušika.
- Aromatska spojina je obročasta organska spojina, ki ima strukturne in funkcionalne lastnosti, podobne tistim iz benzena.
STRUKTURA
Slika: kemijska struktura benzena.
Kemična struktura dušikovih baz, ki izhajajo iz pirimidina, je sestavljena predvsem iz enega samega obroča s 6 atomi, od tega 4 ogljika in 2 dušika.
Dejansko je pirimidinska dušikova baza pirimidin z enim ali več substituenti (tj. En atom ali skupina atomov) vezanimi na enega od ogljikovih atomov obroča.
V nasprotju s tem je kemijska struktura dušikovih baz, ki izvirajo iz purina, sestavljena predvsem iz dvojnega obroča s 9 celimi atomi, od tega 5 ogljikovih atomov in 4 dušika. Omenjeni dvojni obroč s 9 celokupnimi atomi izhaja iz zlitja piridiminskega obroča (tj. Pirimidinskega obroča) z imidazolnim obročem (tj. Obroč imidazola, drugo organsko heterociklično spojino).
Slika: struktura imidazola.
Kot je znano, pirimidinski obroč vsebuje 6 atomov; medtem ko imidazolni obroč vsebuje 5. S fuzijo oba obroča imata po dva atoma ogljika in to pojasnjuje, zakaj končna struktura vsebuje, natančneje, 9 atomov.
LOKACIJA DUŠIČNIH ATOMOV V PURINE IN PIRIMIDINU. \ T
Da bi poenostavili preučevanje in opisovanje organskih molekul, so organski kemiki mislili, da bodo premogom in vsem drugim atomom podpornih struktur dodelili identifikacijsko številko. Oštevilčenje se vedno začne od 1, temelji na zelo specifičnih merilih za dodelitev (ki je tukaj bolje izpustiti) in služi za določitev položaja vsakega atoma v molekuli.
Za pirimidine merila za numerično dodelitev določajo, da dva dušikova atoma zasedata položaj 1 in položaj 3, medtem ko 4 atoma ogljika ležijo na položajih 2, 4, 5 in 6.
Za purine pa po drugi strani številska merila za dodelitev navajajo, da 4 dušikovi atomi zasedajo položaje 1, 3, 7 in 9, medtem ko 5 atomov ogljika stoji na položajih 2, 4, 5, 6 in 8.
Položaj v nukleotidih
Dušikova baza nukleotida vedno poveže ogljik v položaju 1 ustrezne pentoze preko kovalentne N-glikozidne vezi .
Natančneje,
- Dušikove baze, ki izhajajo iz pirimidina, tvorijo N-glikozidno vez, skozi njihov dušik v položaju 1 ;
- Medtem ko dušikove baze, ki izhajajo iz purina, tvorijo N-glikozidno vez, skozi njihov dušik v položaju 9 .
V kemijski strukturi nukleotidov pentoza predstavlja osrednji element, na katerega se vežejo dušikova baza in fosfatna skupina.
Kemijska vez, ki združuje fosfatno skupino s pentozo, je fosfodiesterskega tipa in vključuje kisik iz fosfatne skupine in ogljik v položaju 5 pentoze.
KADARSKE OSNOVE OBLIKOVAJO NUKLEOSID?
Kombinacija dušikove baze in pentoze tvori organsko molekulo, ki ima ime nukleozida .
Tako je dodajanje fosfatne skupine, ki spremeni nukleozide v nukleotide.
Poleg tega bi bile v skladu s posebno definicijo nukleotidov te organske spojine "nukleozidi, ki imajo eno ali več fosfatnih skupin, vezanih na ogljik 5 sestavne pentoze".
Organizacija v DNK
DNA ali deoksiribonukleinska kislina je velika biološka molekula, ki jo tvorita dva zelo dolga pramena nukleotidov (ali polinukleotidnih filamentov ).
Ti polinukleotidni filamenti imajo nekatere značilnosti, ki si zaslužijo posebno omembo, ker se prav tako zelo nanašajo na dušikove baze:
- Združeni so skupaj.
- Usmerjeni so v nasprotni smeri ("antiparalelni filamenti").
- Med seboj se ovijajo, kot da sta dve spirali.
- Nukleotidi, ki jih tvorijo, imajo takšno razporeditev, da so dušikove baze usmerjene proti osrednji osi vsake spirale, medtem ko pentoze in fosfatne skupine tvorijo zunanji oder slednje.
Enotna razporeditev nukleotidov povzroči, da se vsaka dušikova baza enega od dveh polinukleotidnih filamentov s pomočjo vodikovih vezi združi v dušikovo bazo, ki je prisotna na drugem filamentu. Ta unija torej ustvarja kombinacijo baz, kombinacij, ki jih biološki in genetski strokovnjaki imenujejo združevanje ali par osnov .
Zgoraj je bilo navedeno, da sta obe filamenti povezani: to je povezava med različnimi dušikovimi bazami dveh polinukleotidnih filamentov.
KONCEPT DOPOLNILNE OSNOVE
S preučevanjem strukture DNA so raziskovalci spoznali, da je združevanje dušikovih baz zelo specifično . Pravzaprav so opazili, da se adenin pridruži samo timinu, medtem ko se citozin veže samo na gvanin.
V luči tega odkritja so skovali izraz " komplementarnost med dušikovimi bazami ", da bi nakazali enolično povezovanje adenina s timinom in citozinom z gvaninom.
Identifikacija komplementarnega povezovanja med dušikovimi bazami je bila ključna za razlago fizikalnih dimenzij DNK in posebne stabilnosti dveh polinukleotidnih filamentov.
Odločilen prispevek k odkritju strukture DNK (od spiralnega navijanja dveh polinukleotidnih pramenov do združevanja komplementarnih dušikovih baz) je leta 1953 dal ameriški biolog James Watson in angleški biolog Francis Crick .
Z oblikovanjem tako imenovanega modela dvojne vijačnice sta imela Watson in Crick neverjetno intuicijo, ki je predstavljala epohalno prelomnico na področju molekularne biologije in genetike.
Pravzaprav je odkritje natančne strukture DNK omogočilo preučevanje in razumevanje bioloških procesov, ki vidijo deoksiribonukleinsko kislino kot protagonista: od tega, kako se RNA replicira ali oblikuje na način, kako generira proteine.
ZAPOSLENI, KI VSEBUJEJO SKLOPE PLEMENSKIH OSNOV
Združevanje dveh dušikovih baz v molekuli DNA, ki tvorita komplementarno parjenje, je vrsta kemičnih vezi, znanih kot vodikove vezi .
Adenin in timin medsebojno vplivata s pomočjo dveh vodikovih vezi, medtem ko gvanin in citozin s pomočjo treh vodikovih vezi.
KOLIKO ŠTEVILO AZOTATSKIH OSNOV VSEBUJE MOLEKULO LJUDSKE DNK?
Generična molekula človeške DNA vsebuje približno 3, 3 milijarde osnovnih dušikovih parov, ki so približno 3, 3 milijarde nukleotidov na filament.
Slika: kemijska interakcija med adeninom in timinom ter med gvaninom in citozinom. Bralec lahko zabeleži položaj in število vodikovih vezi, ki držita skupaj dušikove baze dveh polinukleotidnih filamentov.
Organizacija v RNA
Za razliko od DNK, RNA ali ribonukleinske kisline, je nukleinska kislina običajno sestavljena iz ene verige nukleotidov.
Zato so dušikove baze, ki ga sestavljajo, "nesparjene".
Vendar je treba poudariti, da pomanjkanje komplementarnega sklopa dušikove baze ne izključuje možnosti, da se lahko dušikove baze RNA pojavijo kot tiste iz DNA.
Z drugimi besedami, dušikove baze ene RNA filamente se lahko ujemajo, v skladu z zakoni komplementarnosti med dušikovimi bazami, točno tako kot dušikove baze DNA.
Komplementarno združevanje dušikovih baz dveh ločenih molekul RNA je osnova pomembnega procesa sinteze beljakovin (ali sinteze beljakovin ).
URAKIL ZAMENJA TIMINO
V RNA uracil nadomešča DNA timin ne samo v strukturi, temveč tudi v komplementarnem parjenju: pravzaprav se dušikova baza, ki se specifično veže na adenin, pojavi iz dveh različnih molekul RNA iz funkcionalnih razlogov.
Biološka vloga
Ekspresija genov je odvisna od zaporedja dušikovih baz, ki so povezane z nukleotidi DNA. Geni so bolj ali manj dolgi segmenti DNK (tj. Nukleotidni segmenti), ki vsebujejo informacije, ki so bistvene za sintezo beljakovin. Sestavljene iz aminokislin, so proteini biološke makromolekule, ki igrajo temeljno vlogo pri uravnavanju celičnih mehanizmov organizma.
Zaporedje dušikovih baz danega gena določa aminokislinsko zaporedje sorodnega proteina.
