Splošnost
Dušikove baze so aromatske heterociklične organske spojine, ki vsebujejo dušikove atome in sodelujejo pri tvorbi nukleotidov.
Sadje, ki združuje dušikovo bazo, pentozo (tj. Sladkor s 5 atomi ogljika) in fosfatno skupino, so nukleotidi molekularne enote, ki sestavljajo DNA in RNA nukleinskih kislin.
V DNK so dušikove baze: adenin, gvanin, citozin in timin; v "RNA so enaki, razen timina, namesto katerega je c" dušikova baza, imenovana uracil.
Za razliko od RNA, dušikove baze DNK tvorijo pare ali baze, ki so prisotne, ker ima DNA dvoverižno strukturo nukleotidov.
Ekspresija genov je odvisna od zaporedja dušikovih baz, povezanih z nukleotidi DNA.
Kaj so dušikove baze?
Dušikove baze so organske molekule, ki vsebujejo dušik, ki sodelujejo pri tvorbi nukleotidov.
Nukleotidi, sestavljeni iz dušikove baze, 5-ogljikovega sladkorja (pentoza) in fosfatne skupine, so molekularne enote, ki sestavljajo DNA in RNA nukleinskih kislin.
Nukleinske kisline DNA in RNA sta biološki makromolekuli, od katerih sta odvisna razvoj in pravilno delovanje celic živega bitja.
DUŠIKOVE BAZE NUKLEJSKIH KISLIN
Dušikove baze, ki sestavljajo nukleinske kisline DNA in RNA, so: adenin, gvanin, citozin, timin in uracil.
Adenin, gvanin in citozin so skupni obema nukleinskim kislinam, torej so del nukleotidov DNA in nukleotidov RNA. Timin je izključen za DNK, uracil pa izključno za RNA.
Če na kratko povzamemo, dušikove baze, ki tvorijo nukleinsko kislino (naj bo to DNA ali RNA), spadajo v 4 različne vrste.
SKRAJENICE DUŠIKOVIH BAZ
Kemiki in biologi so menili, da je primerno skrajšati imena dušikovih baz z eno samo črko abecede, kar je olajšalo in hitrejše predstavljanje in opis nukleinskih kislin v besedilih.
L "adenin sovpada z veliko začetnico A; gvanin z veliko črko G; citozin z veliko začetnico C; timin z veliko začetnico T; končno, l" uracil z veliko začetnico U.
Razredi in struktura
Obstajata dva razreda dušikovih baz: razred dušikovih baz, ki izvirajo iz pirimidina, in razred dušikovih baz, ki izvirajo iz purina.
Slika: splošna kemijska struktura pirimidina in purina.
Dušikove baze, ki izvirajo iz pirimidina, so znane tudi pod alternativnimi imeni: pirimidinske ali pirimidinske dušikove baze; medtem ko so dušikove baze, ki izhajajo iz purina, znane tudi z alternativnimi izrazi: purin ali purinske dušikove baze.
Citozin, timin in uracil spadajo v razred pirimidinskih dušikovih baz; adenin in gvanin pa sestavljata razred purinskih dušikovih baz.
Primeri derivatov purina, razen dušikovih baz DNA in RNA
Med derivati purina so tudi organske spojine, ki niso dušikove baze DNK in RNA, na primer spojine, kot so kofein, ksantin, hipoksantin, teobromin in sečna kislina, spadajo v zgornjo kategorijo.
KAJ SO DUŠIKOVE BAZE IZ KEMIJSKEGA RAZGLEDALA?
Organski kemiki opredeljujejo dušikove baze in vse derivate purina in pirimidina kot aromatske heterociklične spojine.
- Heterociklična spojina je organska (ali ciklična) spojina, ki ima v prej omenjenem obroču enega ali več atomov, razen ogljika. V primeru purinov in pirimidinov so drugi atomi, razen ogljika, atomi dušika.
- Aromatska spojina je organska obročna spojina s strukturnimi in funkcionalnimi lastnostmi, podobnimi benzenu.
ZGRADBA
Slika: kemijska struktura benzena.
Kemijsko strukturo dušikovih baz, pridobljenih iz pirimidina, sestavlja večinoma en sam obroč s 6 atomi, od katerih so 4 ogljikovi in 2 dušikovi.
Pravzaprav je dušikova baza pirimidina pirimidin z enim ali več substituenti (tj. Enim samim atomom ali skupino atomov), vezanimi na enega od ogljikovih atomov v obroču.
Po drugi strani pa je kemijska struktura dušikovih baz, pridobljenih iz purina, sestavljena predvsem iz dvojnega obroča z 9 skupnimi atomi, od tega 5 ogljika in 4 dušika. Omenjeni dvojni obroč z 9 skupnimi atomi izhaja iz fuzije piridiminskega obroča (tj. Pirimidinskega obroča) z imidazolovim obročem (tj. Imidazolnim obročem, drugo heterociklično organsko spojino).
Slika: struktura imidazola.
Kot je znano, pirimidinski obroč vsebuje 6 atomov; medtem ko imidazolski obroč vsebuje 5. S fuzijo sta oba obroča združila vsak po dva ogljikova atoma, kar pojasnjuje, zakaj končna struktura vsebuje zlasti 9 atomov.
POLOŽAJ ATOMOV DUŠIKA V PURINIH IN PIRIMIDINIH
Za poenostavitev študije in opisa organskih molekul so organski kemiki razmišljali o dodelitvi identifikacijske številke ogljikom in vsem drugim atomom nosilnih struktur. Številčenje se vedno začne z 1, temelji na zelo posebnih merilih dodelitve (ki jih je tukaj bolje izpustiti) in služi za določitev položaja vsakega atoma v molekuli.
Za pirimidine merila numerične dodelitve določajo, da 2 atoma dušika zasedata položaj 1 in položaj 3, medtem ko se 4 atoma ogljika nahajajo v položaju 2, 4, 5 in 6.
Za purine pa merila numerične dodelitve določajo, da 4 atomi dušika zasedajo položaj 1, 3, 7 in 9, medtem ko 5 atomov ogljika prebivajo v položaju 2, 4, 5, 6 in 8.
Položaj v nukleotidih
Dušikova baza nukleotida se vedno pridruži ogljiku v položaju 1 ustrezne pentoze s kovalentno N-glikozidno vezjo.
Še posebej,
- The dušikove baze, ki izvirajo iz pirimidina tvorijo N-glikozidno vez s svojim dušikom v položaju 1;
- Medtem ko je dušikove baze, ki izvirajo iz purina tvorijo N-glikozidno vez skozi dušik v položaju 9.
V kemijski strukturi nukleotidov pentoza predstavlja osrednji element, na katerega se vežeta dušikova baza in fosfatna skupina.
Kemična vez, ki povezuje fosfatno skupino s pentozo, je fosfodiesterskega tipa in vključuje kisik fosfatne skupine in ogljik v položaju 5 pentoze.
KDAJ DUŠIKOVE BAZE Tvorijo NUKLEOZID?
Kombinacija dušikove baze in pentoze tvori organsko molekulo, ki dobi ime nukleozid.
Zato dodajanje fosfatne skupine spreminja nukleozide v nukleotide.
Poleg tega bi bile po posebni definiciji nukleotidov te organske spojine "nukleozidi, ki imajo eno ali več fosfatnih skupin, povezanih z ogljikom 5 sestavne pentoze".
Organizacija v DNK
DNK ali deoksiribonukleinska kislina je velika biološka molekula, sestavljena iz dveh zelo dolgih verig nukleotidov (ali polinukleotidnih verig).
Ti polinukleotidni filamenti imajo nekatere značilnosti, ki si zaslužijo posebno omembo, ker močno vplivajo tudi na dušikove baze:
- Združeni so med seboj.
- Usmerjeni so v nasprotnih smereh ("antiparalelni filamenti").
- Ovijata se drug okoli drugega, kot da gre za dve spirali.
- Nukleotidi, ki jih sestavljajo, imajo tako razporeditev, da so dušikove baze usmerjene proti osrednji osi vsake spirale, medtem ko pentoze in fosfatne skupine tvorijo zunanji oder slednje.
Edinstvena razporeditev nukleotidov povzroči, da se vsaka dušikova baza ene od dveh polinukleotidnih filamentov preko vodikovih vezi pridruži dušikovi bazi, ki je prisotna na drugi nitki. to imenujemo seznanjanje ali osnovni par.
Poc "res je bilo potrjeno, da sta dve filamenti povezani: za določitev zveze so vezi, ki obstajajo med različnimi dušikovimi bazami dveh polinukleotidnih filamentov.
KONCEPT DOPOLNILNOSTI MED DUŠIKOVIMI BAZAMI
Raziskovalci so s preučevanjem strukture DNK ugotovili, da je združevanje dušikovih baz zelo specifično, pravzaprav so opazili, da se adenin veže samo na timin, medtem ko se citozin veže le na gvanin.
V luči tega odkritja so skovali izraz "komplementarnost med dušikovimi bazami", ki označuje enoznačno vez med adeninom s timinom in citozinom z gvaninom.
Identifikacija komplementarnega združevanja med dušikovimi bazami je bila ključni kamen za razlago fizikalnih dimenzij DNK in posebne stabilnosti, ki jo uživata obe polinukleotidni verigi.
Ameriški biolog James Watson in angleški biolog Francis Crick sta leta 1953 odločno prispevala k odkritju strukture DNK (od "spiralne zvitke dveh polinukleotidnih verig" do združevanja med komplementarnimi dušikovimi bazami).
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 vključujejo deoksiribonukleinsko kislino: od tega, kako se RNA razmnožuje ali oblikuje, do tega, kako proizvaja beljakovine.
VEZE, KI POVEZAJO PARE DUŠIKOVIH OSNOV SKUPAJ
Za združevanje dveh dušikovih baz v molekuli DNA, ki tvorita komplementarna para, je vrsta kemičnih vezi, znanih kot vodikove vezi.
Adenin in timin medsebojno delujeta z dvema vodikovima vezoma, gvanin in citozin pa s tremi vodikovimi vezmi.
KOLIKO PAROV DUŠIKOVIH BAZ VSEBUJE MOLEKULA DNK ČLOVEKA?
Generična molekula človeške DNA vsebuje približno 3,3 milijarde parov dušikovih baz, kar je približno 3,3 milijarde nukleotidov na verigo.
Slika: kemična interakcija med adeninom in timinom ter med gvaninom in citozinom. Bralec lahko opazi položaj in število vodikovih vezi, ki držijo skupaj dušikove baze dveh polinukleotidnih verig.
Organizacija v RNA
Za razliko od DNK je RNA ali ribonukleinska kislina nukleinska kislina, ki je običajno sestavljena iz ene verige nukleotidov.
Zato so dušikove baze, ki ga sestavljajo, "neparne".
Vendar je treba poudariti, da pomanjkanje komplementarne verige dušikove baze ne izključuje možnosti, da se lahko dušikove baze RNA povežejo kot DNK.
Z drugimi besedami, dušikove baze ene verige RNA se lahko po zakonih komplementarnosti med dušikovimi bazami povežejo, tako kot dušikove baze DNK.
Komplementarno združevanje med dušikovimi bazami dveh različnih molekul RNA je osnova pomembnega procesa sinteze beljakovin (ali sinteze beljakovin).
URACILE nadomešča TIMINO
Uracil v "RNA" nadomešča timin DNK ne le v strukturi, ampak tudi v komplementarnem parjenju: pravzaprav je dušikova baza tista, ki se specifično veže na adenin, ko se za funkcijo pojavita dve različni molekuli RNA razlogov.
Biološka vloga
Izražanje genov je odvisno od zaporedja dušikovih baz, povezanih z nukleotidi DNA. Geni so bolj ali manj dolgi segmenti DNA (torej segmenti nukleotidov), ki vsebujejo informacije, ki so nepogrešljive za sintezo beljakovin. Sestavljene so iz aminokislin, proteini so biološke makromolekule, ki igrajo temeljno vlogo pri uravnavanju celičnih mehanizmov organizma.
Zaporedje dušikove baze določenega gena določa aminokislinsko zaporedje sorodnega proteina.
