Báze dusíku

Všeobecnost

Dusíkaté báze jsou aromatické heterocyklické organické sloučeniny obsahující atomy dusíku, které se podílejí na tvorbě nukleotidů.
Ovoce spojení dusíkaté báze, pentózy (tj. Cukru s 5 atomy uhlíku) a fosfátové skupiny, nukleotidy jsou molekulární jednotky, které tvoří nukleové kyseliny DNA a RNA.
V DNA jsou dusíkaté báze: adenin, guanin, cytosin a tymin; v "RNA jsou stejné, kromě tyminu, na jehož místě c" je dusíkatá báze zvaná uracil.
Na rozdíl od RNA tvoří dusíkaté báze DNA párování nebo páry bází.Přítomnost takového párování je možná, protože DNA má dvouvláknovou strukturu nukleotidů.
Genová exprese závisí na sekvenci dusíkatých bází spojených s nukleotidy DNA.

Co jsou dusíkaté báze?

Dusíkaté báze jsou organické molekuly obsahující dusík, které se podílejí na tvorbě nukleotidů.
Nukleotidy, tvořené dusíkatou bází, 5-uhlíkovým cukrem (pentóza) a fosfátovou skupinou, jsou molekulární jednotky, které tvoří nukleové kyseliny DNA a RNA.
Nukleové kyseliny DNA a RNA jsou biologické makromolekuly, na kterých závisí vývoj a správné fungování buněk živé bytosti.

DUSÍKOVÉ ZÁKLADY JADERNÝCH KYSELIN

Dusíkaté báze, které tvoří DNA a RNA nukleové kyseliny, jsou: adenin, guanin, cytosin, tymin a uracil.
Adenin, guanin a cytosin jsou společné pro obě nukleové kyseliny, tj. Jsou součástí nukleotidů DNA i RNA nukleotidů. Thymin je exkluzivní pro DNA, zatímco uracil je exkluzivní pro RNA.
Stručně řečeno, dusíkaté báze, které tvoří nukleovou kyselinu (ať už jde o DNA nebo RNA), patří do 4 různých typů.

ZKRATKY ZÁKLADŮ DUSÍKU

Chemici a biologové považovali za vhodné zkrátit názvy dusíkatých bází jediným písmenem abecedy. Tímto způsobem usnadnili a zrychlili reprezentaci a popis nukleových kyselin v textech.
L "adenin se shoduje s velkým písmenem A; guanin s velkým písmenem G; cytosin s velkým písmenem C; thymin s velkým písmenem T; nakonec l" uracil s velkým písmenem U.

Třídy a struktura

Existují dvě třídy dusíkatých bází: třída dusíkatých bází, které pocházejí z pyrimidinu, a třída dusíkatých bází, které pocházejí z purinu.

Obrázek: generická chemická struktura pyrimidinu a purinu.

Dusíkaté báze, které pocházejí z pyrimidinu, jsou také známy pod alternativními názvy: pyrimidinové nebo pyrimidinové dusíkaté báze; zatímco dusíkaté báze, které pocházejí z purinu, jsou také známy pod alternativními pojmy: purinové nebo purinové dusíkaté báze.
Cytosin, thymin a uracil patří do třídy pyrimidinových dusíkatých bází; adenin a guanin, na druhé straně, tvoří třídu purinových dusíkatých bází.

Příklady purinových derivátů, jiných než dusíkatých bází DNA a RNA
Mezi purinové deriváty existují také organické sloučeniny, které nejsou dusíkatými bázemi DNA a RNA. Například sloučeniny jako kofein, xanthin, hypoxanthin, theobromin a kyselina močová spadají do výše uvedené kategorie.

JAKÉ JSOU ZÁKLADY DUSÍKU Z CHEMICKÉHO VÝHLEDU?

Organičtí chemici definují dusíkaté báze a všechny deriváty purinu a pyrimidinu jako aromatické heterocyklické sloučeniny.

• Heterocyklická sloučenina je organická kruhová (nebo cyklická) sloučenina, která ve výše uvedeném kruhu má jeden nebo více atomů jiných než uhlík. V případě purinů a pyrimidinů jsou atomy dusíku jiné než uhlík.
• Aromatická sloučenina je organická kruhová sloučenina se strukturními a funkčními charakteristikami podobnými benzenu.

STRUKTURA

Obrázek: chemická struktura benzenu.

Chemická struktura dusíkatých bází odvozených od pyrimidinu sestává převážně z jednoho kruhu se 6 atomy, z nichž 4 jsou uhlík a 2 dusík.

Pyrimidinová dusíková báze je ve skutečnosti pyrimidin s jedním nebo více substituenty (tj. Jedním atomem nebo skupinou atomů) vázanými k jednomu z atomů uhlíku v kruhu.
Na druhé straně chemická struktura dusíkatých bází odvozených z purinu sestává převážně z dvojitého kruhu s 9 celkovými atomy, z nichž 5 je uhlík a 4 dusík. Výše uvedený dvojitý kruh s 9 celkovými atomy pochází z fúze pyridiminového kruhu (tj. Pyrimidinového kruhu) s imidazolovým kruhem (tj. Imidazolovým kruhem, jinou heterocyklickou organickou sloučeninou).

Obrázek: struktura imidazolu.

Jak je známo, pyrimidinový kruh obsahuje 6 atomů; zatímco imidazolový kruh obsahuje 5. Při fúzi dva kruhy spojí každý dva atomy uhlíku a to vysvětluje, proč konečná struktura obsahuje konkrétně 9 atomů.

POZICE DUSÍKOVÝCH ATOMŮ V PURINECH A PYRIMIDINECH

Pro zjednodušení studia a popisu organických molekul organičtí chemici uvažovali o přiřazení identifikačního čísla uhlíkům a všem ostatním atomům nosných struktur. Číslování vždy začíná od 1, je založeno na velmi specifických kritériích přiřazení (které je zde lepší vynechat) a slouží ke stanovení polohy každého atomu v molekule.
U pyrimidinů numerická kritéria přiřazení stanoví, že 2 atomy dusíku zaujímají polohu 1 a polohu 3, zatímco 4 atomy uhlíku se nacházejí v poloze 2, 4, 5 a 6.
U purinů naopak numerická kritéria přiřazení stanoví, že 4 atomy dusíku zaujímají polohu 1, 3, 7 a 9, zatímco 5 atomů uhlíku se nachází v poloze 2, 4, 5, 6 a 8.

Poloha v nukleotidech

Dusíkatá báze nukleotidu vždy spojuje uhlík v poloze 1 odpovídající pentózy prostřednictvím kovalentní N-glykosidické vazby.
Zejména,

• The dusíkaté báze, které pocházejí z pyrimidinu tvoří N-glykosidickou vazbu prostřednictvím svého dusíku v poloze 1;
• Zatímco dusíkaté báze, které pocházejí z purinu tvoří N-glykosidickou vazbu prostřednictvím svého dusíku v poloze 9.

V chemické struktuře nukleotidů představuje pentóza centrální prvek, na který se váže dusíkatá báze a fosfátová skupina.
Chemická vazba, která spojuje fosfátovou skupinu s pentózou, je fosfodiesterového typu a zahrnuje kyslík fosfátové skupiny a uhlík v poloze 5 pentózy.

KDY ZÁKLADY DUSÍKU Tvoří NUCLEOSID?

Kombinace dusíkaté báze a pentózy tvoří organickou molekulu, která má název nukleosid.
Proto je to přidání fosfátové skupiny, která mění nukleosidy na nukleotidy.
Navíc podle konkrétní definice nukleotidů by těmito organickými sloučeninami byly „nukleosidy, které mají jednu nebo více fosfátových skupin spojených s uhlíkem 5 základní pentózy“.

Organizace v DNA

DNA nebo kyselina deoxyribonukleová je velká biologická molekula tvořená dvěma velmi dlouhými vlákny nukleotidů (nebo polynukleotidovými vlákny).
Tato polynukleotidová vlákna mají některé vlastnosti, které si zaslouží zvláštní zmínku, protože také úzce ovlivňují dusíkaté báze:

• Jsou navzájem spojeni.
• Jsou orientovány v opačných směrech („antiparalelní vlákna“).
• Omotávají se kolem sebe, jako by to byly dvě spirály.
• Nukleotidy, které je tvoří, mají takové uspořádání, takže dusíkaté báze jsou orientovány směrem ke středové ose každé spirály, zatímco pentózy a fosfátové skupiny tvoří jejich vnější lešení.
  Singulární uspořádání nukleotidů způsobí, že se každá dusíkatá báze jednoho ze dvou polynukleotidových vláken spojí prostřednictvím vodíkových vazeb s dusíkatou bází přítomnou na druhém vlákně. Toto spojení tedy vytváří párování bází, které se páruje s biologickými a genetickými říkejte tomu párování nebo pár základen.
  Poc "skutečně bylo potvrzeno, že dvě vlákna jsou spojena dohromady: k určení spojení jsou vazby existující mezi různými dusíkatými bázemi dvou polynukleotidových vláken.

KONCEPCE DOPLNĚKU MEZI ZÁKLADY DUSÍKU

Studiem struktury DNA vědci zjistili, že párování mezi dusíkatými bázemi je vysoce specifické.Ve skutečnosti si všimli, že adenin se váže pouze na thymin, zatímco cytosin se váže pouze na guanin.
Ve světle tohoto objevu vytvořili termín „komplementarita mezi dusíkatými bázemi“, aby označil jednoznačnou vazbu mezi adeninem s thyminem a cytosinem s guaninem.
Identifikace komplementárního párování mezi dusíkatými bázemi představovala základní kámen k vysvětlení fyzických rozměrů DNA a zvláštní stability, jíž se těší dva polynukleotidové řetězce.

Americký biolog James Watson a anglický biolog Francis Crick v roce 1953 přispěli rozhodujícím způsobem k objevu struktury DNA (od „spirálovitého vinutí dvou polynukleotidových vláken“ až po párování mezi komplementárními dusíkatými bázemi).
Díky formulaci takzvaného „modelu dvojité šroubovice“ měli Watson a Crick „neuvěřitelnou intuici, která představovala epochální zlom v oblasti molekulární biologie a genetiky.
Objev přesné struktury DNA ve skutečnosti umožnil studovat a porozumět biologickým procesům zahrnujícím deoxyribonukleovou kyselinu: od toho, jak se RNA replikuje nebo tvoří, až po generování proteinů.

DLUHOPISY, KTERÉ SPOJUJÍ PÁRY DUSÍKOVÝCH ZÁKLADŮ SPOLU

Sjednotit dvě dusíkaté báze v molekule DNA, tvořící komplementární páry, je řada chemických vazeb, známých jako vodíkové vazby.
Adenin a thymin na sebe vzájemně působí prostřednictvím dvou vodíkových vazeb, zatímco guanin a cytosin prostřednictvím tří vodíkových vazeb.
KOLIK PÁROV DUSÍKOVÝCH ZÁKLADŮ OBSAHUJE MOLEKULE LIDSKÉ DNA?
Obecná molekula lidské DNA obsahuje asi 3,3 miliardy párů dusíkatých bází, což je asi 3,3 miliardy nukleotidů na vlákno.

Obrázek: chemická interakce mezi adeninem a thyminem a mezi guaninem a cytosinem. Čtenář si může všimnout polohy a počtu vodíkových vazeb, které drží pohromadě dusíkaté báze dvou polynukleotidových vláken.

Organizace v RNA

Na rozdíl od DNA je RNA nebo ribonukleová kyselina nukleová kyselina, která se obvykle skládá z jednoho vlákna nukleotidů.
Proto jsou dusíkaté báze, které jej tvoří, „nepárové“.
Je však třeba zdůraznit, že nedostatek řetězce komplementárních dusíkatých bází nevylučuje možnost, že se dusíkaté báze RNA mohou spárovat jako DNA.
Jinými slovy, dusíkaté báze jednoho řetězce RNA se mohou spárovat podle zákonů komplementarity mezi dusíkatými bázemi, stejně jako dusíkaté báze DNA.
Komplementární párování mezi dusíkatými bázemi dvou odlišných molekul RNA je základem důležitého procesu syntézy proteinů (neboli syntézy proteinů).

URACILE VYMĚŇUJE TIMINU

V „RNA“ uracil nahrazuje thymin DNA nejen ve struktuře, ale také v komplementárním párování: ve skutečnosti je to dusíkatá báze, která se specificky váže na adenin, když se objeví dvě odlišné molekuly RNA pro funkční důvody.

Biologická role

Exprese genů závisí na sekvenci dusíkatých bází spojených s nukleotidy DNA. Geny jsou více či méně dlouhé segmenty DNA (tedy segmenty nukleotidů), které obsahují informace nepostradatelné pro syntézu proteinů. Skládají se z aminokyselin, proteiny jsou biologické makromolekuly, které hrají zásadní roli v regulaci buněčných mechanismů organismu.
Sekvence dusíkatých bází daného genu specifikuje sekvenci aminokyselin příbuzného proteinu.