všeobecnosť
Dusíkaté bázy sú aromatické heterocyklické organické zlúčeniny obsahujúce atómy dusíka, ktoré sa podieľajú na tvorbe nukleotidov.
Ovocie spojenia dusíkatej bázy, pentózy (tj cukru s 5 atómami uhlíka) a fosfátovej skupiny, nukleotidov sú molekulárne jednotky, ktoré tvoria nukleové kyseliny DNA a RNA.
V DNA sú dusíkaté zásady: adenín, guanín, cytozín a tymín; v RNA sú rovnaké, okrem tymínu, na ktorého mieste je dusíkatá báza nazývaná uracil.
Na rozdiel od RNA, dusíkaté bázy DNA tvoria párovanie alebo páry báz. Prítomnosť týchto párovaní je možná, pretože DNA má dvojvláknovú nukleotidovú štruktúru.
Expresia génu závisí od sekvencie dusíkatých báz v kombinácii s nukleotidmi DNA.
Čo sú dusíkaté bázy?
Dusíkaté bázy sú organické molekuly obsahujúce dusík, ktoré sa podieľajú na tvorbe nukleotidov .
Každý tvorený dusíkatou bázou, cukrom s 5 atómami uhlíka (pentóza) a fosfátovou skupinou, nukleotidy sú molekulárne jednotky, ktoré tvoria nukleové kyseliny DNA a RNA .
Nukleové kyseliny DNA a RNA sú biologické makromolekuly, na ktorých závisí vývoj a správne fungovanie buniek živej bytosti.
NITROGENOVÉ ZÁKLADY NUKLEICKÝCH KYSELÍN
Dusíkaté bázy, ktoré tvoria nukleové kyseliny DNA a RNA, sú: adenín, guanín, cytozín, tymín a uracil .
Adenín, guanín a cytozín sú spoločné pre obe nukleové kyseliny, tj sú súčasťou oboch nukleotidov DNA a nukleotidov RNA. Tymín je výhradne k DNA, zatiaľ čo uracil je výhradne k RNA .
Stručné zhrnutie, potom, dusíkaté bázy, ktoré tvoria nukleovú kyselinu (či už je to DNA alebo RNA) patria do 4 rôznych typov.
SKRATKY ZO ZÁKLADNÝCH DUSÍKOV
Chemici a biológovia považovali za vhodné skrátiť názvy dusíkatých báz s jedným písmenom abecedy. Týmto spôsobom zjednodušili a urýchlili zobrazovanie a opis nukleových kyselín na textoch.
Adenín sa zhoduje s veľkými písmenami A; guanín s veľkým písmenom G; cytozín s veľkým písmenom C; tymín s veľkými písmenami T; nakoniec uracil s veľkým písmenom U.
Triedy a štruktúra
Existujú dve triedy dusíkatých báz: trieda dusíkatých báz, ktoré pochádzajú z pyrimidínu a triedy dusíkatých báz, ktoré pochádzajú z purínu .
Obrázok: všeobecná chemická štruktúra pyrimidínu a purínu.
Dusíkaté bázy odvodené od pyrimidínu sú tiež známe s alternatívnymi názvami: pyrimidínových alebo pyrimidínových dusíkatých báz ; zatiaľ čo dusíkaté bázy, ktoré pochádzajú z purínu, sú tiež známe s alternatívnymi slovami: purínových alebo purínových dusíkatých báz .
Cytozín, tymín a uracil patria do triedy dusíkatých báz pyrimidínu; adenín a guanín na druhej strane tvoria triedu purínových dusíkatých báz.
Príklady purínových derivátov, iných ako dusíkaté bázy DNA a RNA
Medzi purínovými derivátmi sú tiež organické zlúčeniny, ktoré nie sú dusíkatými bázami DNA a RNA. Do tejto kategórie patria napríklad zlúčeniny ako kofeín, xantín, hypoxantín, teobromín a kyselina močová.
ČO SÚ ZÁKLADY AZOTE Z CHEMICKÉHO POHĽADU?
Organickí chemici definujú dusíkaté bázy a všetky purínové a pyrimidínové deriváty ako heterocyklické aromatické zlúčeniny .
- Heterocyklická zlúčenina je organická kruhová (alebo cyklická) zlúčenina, ktorá má vo vyššie uvedenom kruhu jeden alebo viac atómov iných ako uhlík. V prípade purínov a pyrimidínov sú atómy iné ako uhlík atómami dusíka.
- Aromatická zlúčenina je organická zlúčenina v tvare kruhu, ktorá má štruktúrne a funkčné vlastnosti podobné benzénu.
ŠTRUKTÚRA
Obrázok: chemická štruktúra benzénu.
Chemická štruktúra dusíkatých báz odvodených od pyrimidínu pozostáva hlavne z jediného kruhu so 6 atómami, z ktorých 4 sú atómy uhlíka a 2 z nich sú dusík.
V skutočnosti je pyrimidínovou dusíkatou bázou pyrimidín s jedným alebo viacerými substituentmi (tj jedným atómom alebo skupinou atómov) viazanými na jeden z atómov uhlíka kruhu.
Naproti tomu chemická štruktúra dusíkatých báz odvodených od purínu pozostáva hlavne z dvojitého kruhu s 9 celkovými atómami, z ktorých 5 sú uhlíky a 4 z nich sú dusík. Vyššie uvedený dvojitý kruh s 9 celkovými atómami pochádza z fúzie pyridiminového kruhu (tj pyrimidínového kruhu) s imidazolovým kruhom (tj kruh imidazolu, ďalšia organická heterocyklická zlúčenina).
Obrázok: Imidazolová štruktúra.
Ako je známe, pyrimidínový kruh obsahuje 6 atómov; zatiaľ čo imidazolový kruh obsahuje 5. Pri fúzii majú obidva kruhy každý dva atómy uhlíka, čo vysvetľuje, prečo konečná štruktúra obsahuje konkrétne 9 atómov.
UMIESTNENIE ATÓMOV DUSÍKA V PURINE A PYRIMIDINE
Na zjednodušenie štúdia a opisu organických molekúl si organickí chemici mysleli o pridelení identifikačného čísla uhlíkom a všetkým ostatným atómom nosných štruktúr. Číslovanie začína vždy od 1, je založené na veľmi špecifických kritériách priradenia (ktoré je tu lepšie vynechať) a slúži na určenie polohy každého atómu v molekule.
V prípade pyrimidínov číselné kritériá pre stanovenie určujú, že 2 atómy dusíka zaujímajú polohu 1 a polohu 3, zatiaľ čo 4 atómy uhlíka sú v polohách 2, 4, 5 a 6.
Na druhej strane, pre puríny, číselné kritériá priradenia uvádzajú, že 4 atómy dusíka zaujímajú pozície 1, 3, 7 a 9, zatiaľ čo 5 atómov uhlíka je v polohách 2, 4, 5, 6 a 8.
Poloha v nukleotidoch
Dusíkatá báza nukleotidu vždy spája uhlík v polohe 1 zodpovedajúcej pentózy prostredníctvom kovalentnej N-glykozidovej väzby .
konkrétne
- Dusíkaté bázy odvodené od pyrimidínu tvoria N-glykozidovú väzbu cez dusík v polohe 1 ;
- Zatiaľ čo dusíkaté bázy, ktoré pochádzajú z purínu, tvoria N-glykozidovú väzbu, cez dusík v polohe 9 .
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 AZOTE zakladá FORMU NUCLEOSIDU?
Kombinácia dusíkatej bázy a pentózy tvorí organickú molekulu, ktorá má názov nukleozidu .
Je to teda pridanie fosfátovej skupiny, ktorá mení nukleozidy na nukleotidy.
Okrem toho, podľa konkrétnej definície nukleotidov, by tieto organické zlúčeniny boli "nukleozidy, ktoré majú jednu alebo viac fosfátových skupín viazaných na uhlík 5 zložky pentóza".
Organizácia v DNA
DNA alebo deoxyribonukleová kyselina je veľká biologická molekula tvorená dvoma veľmi dlhými vláknami nukleotidov (alebo polynukleotidovými vláknami ).
Tieto polynukleotidové vlákna majú niektoré charakteristiky, ktoré si zaslúžia osobitnú zmienku, pretože sa tiež úzko týkajú dusíkatých báz:
- Sú spojené.
- Sú orientované v opačných smeroch ("antiparalelné vlákna").
- Obaľujú sa, akoby to boli dve špirály.
- Nukleotidy, ktoré ich tvoria, majú takú dispozíciu, že dusíkaté bázy sú orientované smerom k centrálnej osi každej špirály, zatiaľ čo pentózy a fosfátové skupiny tvoria vonkajšie lešenie.
Jednotné usporiadanie nukleotidov spôsobuje, že každá dusíkatá báza jedného z dvoch polynukleotidových filamentov zjednotí prostredníctvom vodíkových väzieb dusíkatú bázu prítomnú na druhom vlákne. Toto spojenie preto vytvára kombináciu báz, kombinácií, ktoré biologickí a genetici nazývajú párovanie alebo pár báz .
Bolo uvedené vyššie, že tieto dve vlákna sú navzájom spojené: ide o väzby medzi rôznymi dusíkatými bázami dvoch polynukleotidových vlákien, ktoré určujú ich spojenie.
KONCEPCIA DOPLNKOVÝCH MEDZI ZÁKLADNÝMI ZÁKLADMI
Študovaním štruktúry DNA vedci zistili, že párovanie dusíkatých báz je vysoko špecifické . V skutočnosti si všimli, že adenín sa spája len s tymínom, zatiaľ čo cytozín sa viaže len na guanín.
Vo svetle tohto objavu vytvorili termín " komplementarita medzi dusíkatými bázami ", čo indikuje jednoznačné viazanie adenínu s tymínom a cytozínom s guanínom.
Identifikácia komplementárneho párovania medzi dusíkatými bázami bola kľúčom k vysvetleniu fyzikálnych rozmerov DNA a konkrétnej stability dvoch polynukleotidových vlákien.
Rozhodujúci príspevok k objaveniu štruktúry DNA (od špirálovitého vinutia dvoch polynukleotidových vlákien až po párovanie komplementárnych dusíkatých báz) poskytol americký biológ James Watson a anglický biológ Francis Crick v roku 1953.
S formuláciou takzvaného " modelu dvojitej špirály " Watson a Crick mali neuveriteľnú intuíciu, ktorá predstavovala epochálny obrat v oblasti molekulárnej biológie a genetiky.
V skutočnosti, objav presnej štruktúry DNA umožnil štúdium a pochopenie biologických procesov, ktoré vidia deoxyribonukleovú kyselinu ako protagonistu: z toho, ako je RNA replikovaná alebo tvarovaná tak, ako generuje proteíny.
SPOLUPRACOVACIE PRVKY, KTORÉ MAJÚ SPOLUPRACOVAŤ SPOJKY LUNGOVÝCH ZÁKLADOV
Spojenie dvoch dusíkatých báz v molekule DNA, ktoré tvoria komplementárne párovanie, je radom chemických väzieb, známych ako vodíkové väzby .
Adenín a tymín vzájomne pôsobia prostredníctvom dvoch vodíkových väzieb, zatiaľ čo guanín a cytozín prostredníctvom troch vodíkových väzieb.
AKO VEĽKÉ SPOJKY AZOTOVÝCH ZÁKLADOV OBSAHUJÚ ĽUDSKÚ DNA?
Všeobecná molekula ľudskej DNA obsahuje asi 3, 3 miliardy bázických dusíkatých párov, 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 spolu držia dusíkaté bázy dvoch polynukleotidových vlákien.
Organizácia v RNA
Na rozdiel od DNA, RNA alebo ribonukleová kyselina, je nukleová kyselina obvykle zložená z jedného reťazca nukleotidov.
Preto sú dusíkaté bázy, ktoré ich tvoria, "nepárové".
Treba však zdôrazniť, že nedostatok komplementárneho reťazca dusíka nevylučuje možnosť, že sa RNA dusíkaté bázy môžu javiť ako bázy DNA.
Inými slovami, dusíkaté bázy jediného RNA vlákna sa môžu zhodovať, podľa zákonov komplementarity medzi dusíkatými bázami, presne ako dusíkaté bázy DNA.
Komplementárne párovanie medzi dusíkatými bázami dvoch odlišných molekúl RNA je základom dôležitého procesu syntézy proteínov (alebo syntézy proteínov ).
URACILE VYMENUJE TIMÍNU
V RNA, uracil nahrádza DNA tymín nielen v štruktúre, ale aj v komplementárnom párovaní: v skutočnosti je to dusíkatá báza, ktorá sa špecificky viaže na adenín, keď sa z funkčných dôvodov objavia dve odlišné molekuly RNA.
Biologická úloha
Expresia génov závisí od sekvencie dusíkatých báz spojených s nukleotidmi DNA. Gény sú viac či menej dlhé segmenty DNA (tj nukleotidové segmenty), ktoré obsahujú informácie nevyhnutné pre syntézu proteínov. Vyrobené z aminokyselín, proteíny sú biologické makromolekuly, ktoré zohrávajú zásadnú úlohu pri regulácii bunkových mechanizmov organizmu.
Sekvencia dusíkatých báz daného génu špecifikuje aminokyselinovú sekvenciu príbuzného proteínu.
