DUŠIKOVE BAZE: RAZVRSTITEV IN FUNKCIJE - BIOLOGIJA - 2025

Za dušikove baze so organske spojine, heterociklično z visoko vsebnostjo dušika. So del gradnikov nukleinskih kislin in drugih molekul biološkega interesa, kot so nukleozidi, dinukleotidi in medcelični glasniki. Z drugimi besedami, dušikove baze so del enot, ki sestavljajo nukleinske kisline (RNA in DNK) in ostale omenjene molekule.

Obstajata dve glavni skupini dušikovih baz: purinske ali purinske baze in pirimidinske ali pirimidinske baze. Adenin in gvanin spadata v prvo skupino, medtem ko so timin, citozin in uracil baze pirimidinov. Te podlage so običajno označene s prvo črko: A, G, T, C in U.

Različne dušikove baze v DNK in RNK.
Vir: Uporabnik: Spontranslation: Uporabnik: Jcfidy

Gradniki DNK so A, G, T in C. V tem vrstnem redu baz so zakodirane vse informacije, potrebne za gradnjo in razvoj živega organizma. V RNA so sestavni deli enaki, le T je nadomeščen z U.

Struktura in razvrstitev

Baza dušika so ploščate molekule aromatičnega in heterocikličnega tipa, ki na splošno izhajajo iz purinov ali pirimidinov.

Pirimidinski obroč

Kemična zgradba pirimidina.

Pirimidinski obroč so šestčlanski heterociklični aromatski obroči z dvema dušikovima atomoma. Atomi so oštevilčeni v smeri urinega kazalca.

Purinski obroč

Kemična zgradba purina.

Purinski obroč je sestavljen iz sistema z dvema obročema: eden je strukturno podoben pirimidinskemu obroču, drugi pa je podoben imidazolnemu obroču. Teh devet atomov se zlije v en sam obroč.

Pirimidinski obroč je raven sistem, purine pa nekoliko odstopajo od tega vzorca. Med imidazolnim obročkom in pirimidinskim obročem so poročali o rahli gubici.

Lastnosti dušikovih baz

Aromatičnost

V organski kemiji je aromatski obroč opredeljen kot molekula, katere elektroni iz dvojnih vezi imajo prost kroženje znotraj ciklične strukture. Mobilnost elektronov znotraj obroča daje stabilnost molekuli - če jo primerjamo z isto molekulo -, vendar z elektroni, ki so pritrjeni v dvojnih vezi.

Aromatičnost tega obročnega sistema jim daje možnost, da doživijo pojav, imenovan keto-enol tavtomerizem.

To pomeni, da purini in pirimidini obstajajo v tavtomernih parih. Keto tavtomeri prevladujejo pri nevtralnem pH za baze uracil, timin in gvanin. Nasprotno pa enolna oblika prevladuje za citozin, pri nevtralnem pH. Ta vidik je bistven za nastanek vodikovih vezi med bazami.

Absorpcija UV svetlobe

Druga lastnost purinov in pirimidinov je njihova sposobnost, da močno absorbirajo ultravijolično svetlobo (UV svetlobo). Ta absorpcijski vzorec je neposredna posledica aromatičnosti njegovih heterocikličnih obročkov.

Absorpcijski spekter ima največ blizu 260 nm. Raziskovalci uporabljajo ta standard za količinsko določitev količine DNK v svojih vzorcih.

Topnost v vodi

Zahvaljujoč močnemu aromatičnemu stanju dušikovih baz so te molekule v vodi praktično netopne.

Dušikove baze biološkega interesa

Čeprav obstaja veliko število dušikovih baz, jih v celičnih okoljih živih organizmov najdemo le nekaj.

Najpogostejši pirimidini so citozin, uracil in timin (5-metiluracil). Citozin in timin sta pirimidina, ki ga običajno najdemo v dvojni vijačnici DNK, medtem ko sta citozin in uracil pogosta v RNA. Upoštevajte, da je edina razlika med uracilom in timinom metilna skupina pri ogljiku 5.

Podobno sta najpogostejši purini adenin (6-amino purin) in gvanin (2-amino-6-oksi purin). Te spojine so v izobilju tako v molekuli DNK kot v RNK.

Obstajajo tudi drugi derivati ​​purinov, ki jih naravno najdemo v celici, med njimi ksantin, hipoksantin in sečna kislina. Prvi dve najdemo v nukleinskih kislinah, vendar na zelo redek in specifičen način. V nasprotju s tem sečne kisline nikoli ne najdemo kot strukturni sestavni del teh biomolekul.

Kako se parita?

Strukturo DNK sta razjasnila raziskovalca Watson in Crick. Zahvaljujoč njihovi študiji je bilo mogoče ugotoviti, da je DNK dvojna vijačnica. Sestavljen je iz dolge verige nukleotidov, povezanih s fosfodiesterskimi vezmi, v katerih fosfatna skupina tvori most med hidroksilnimi skupinami (-OH) ostankov sladkorja.

Zgradba, ki smo jo pravkar opisali, spominja na lestev skupaj z njenimi ograjami. Dušikove podlage so analogi stopnicam, ki so združene v dvojni vijačnici s pomočjo vodikovih vezi.

V vodikovem mostu dva elektronegativna atoma delita proton med bazama. Za nastanek vodikove vezi je potrebno sodelovanje vodikovega atoma z rahlim pozitivnim nabojem in akceptorja z majhnim negativnim nabojem.

Most je tvorjen med H in O. Te vezi so šibke, in morajo biti, saj se mora DNK enostavno odpreti, da bi jih lahko ponovil.

Pravilo Chargaff

Osnovni pari tvorijo vodikove vezi po naslednjem vzorcu združevanja purin-pirimidina, imenovanem Chargaffovo pravilo: pari gvanina s citozinom in adeninski pari s timinom.

Par GC med seboj tvori tri vodikove kanistere, medtem ko je par AT povezan samo z dvema mostovoma. Tako lahko predvidevamo, da bo DNK z višjo vsebnostjo GC stabilnejša.

Vsaka veriga (ali ograje po naši analogiji) teče v nasprotnih smereh: ena 5 ′ → 3 ′ in druga 3 ′ → 5 ′.

Lastnosti

Gradniki nukleinskih kislin

Organska bitja predstavljajo vrsto biomolekul, imenovane nukleinske kisline. Gre za znatne polimere, ki jih sestavljajo ponavljajoči se monomeri: nukleotidi, ki jih povezuje posebna vrsta vezi, imenovana fosfodiesterska vez. Razvrščamo jih v dve osnovni vrsti, DNA in RNA.

Vsak nukleotid je sestavljen iz fosfatne skupine, sladkorja (deoksiriboza tipa v DNK in riboze v RNK) in ene od petih dušikovih baz: A, T, G, C in U. Kadar fosfatna skupina ni prisotna , se molekula imenuje nukleozid.

V DNK

DNK je genetski material živih bitij (z izjemo nekaterih virusov, ki večinoma uporabljajo RNA). Z uporabo 4-osnovne kode ima DNK zaporedje vseh beljakovin, ki obstajajo v organizmih, pa tudi elemente, ki uravnavajo njihovo izražanje.

Struktura DNK mora biti stabilna, saj jo organizmi uporabljajo za kodiranje informacij. Vendar je molekula, nagnjena k spremembam, imenovana mutacija. Te spremembe v genskem materialu so osnovni material za evolucijske spremembe.

V RNK

Tako kot DNK je tudi RNA nukleotidni polimer, le da je baza T nadomeščena z U. Ta molekula je v obliki enojnega pasu in izpolnjuje širok spekter bioloških funkcij.

V celici so tri glavne RNA. Messenger RNA je posrednik med DNK in tvorbo beljakovin. Zadolžen je za kopiranje informacij v DNK in odnašanje v stroje za prevajanje beljakovin. Ribosomalna RNA, druga vrsta, je strukturni del tega zapletenega stroja.

Tretja vrsta ali prenos RNA je odgovoren za prenašanje ustreznih aminokislinskih ostankov za sintezo beljakovin.

Poleg treh "tradicionalnih" RNA obstaja vrsta majhnih RNK, ki sodelujejo pri uravnavanju genske ekspresije, saj vseh genov, kodiranih v DNK, v celici ni mogoče stalno in v enaki veličini izražati.

Organizmi morajo imeti poti za uravnavanje svojih genov, torej za odločitev, ali so izraženi ali ne. Podobno je genetski material sestavljen le iz slovarja španskih besed, regulativni mehanizem pa omogoča nastanek literarnega dela.

Gradniki nukleozidnih trifosfatov

Dušikove baze so del nukleozidnih trifosfatov, molekule, ki je tako kot DNK kot RNA biološko pomembna. Poleg osnove ga sestavljajo pentoza in tri fosfatne skupine, povezane z visoko energijskimi vezmi.

Zahvaljujoč tem vezom so nukleozidni trifosfati energijsko bogate molekule in so glavni produkt presnovnih poti, ki iščejo sproščanje energije. Med najbolj uporabljenimi je ATP.

ATP ali adenozin trifosfat je sestavljen iz dušikove baze adenina, povezane z ogljikom, ki se nahaja v položaju 1 sladkorja pentoze: riboze. V položaju pet tega ogljikovega hidrata so vse tri fosfatne skupine povezane.

Na splošno je ATP energijska valuta celice, saj jo je mogoče hitro uporabiti in regenerirati. Številne običajne presnovne poti med organskimi organizmi uporabljajo in proizvajajo ATP.

Njegova "moč" temelji na visokoenergijskih vezavah, ki jih tvorijo fosfatne skupine. Negativni naboji teh skupin so v nenehnem odbojnosti. Obstajajo še drugi vzroki, ki predisponirajo hidrolizo v ATP, vključno z resonančno stabilizacijo in solvacijo.

Autacoid

Čeprav večina nukleozidov nima pomembne biološke aktivnosti, je adenozin izrazita izjema pri sesalcih. Ta deluje kot avtakoid, analogen "lokalnemu hormonu" in kot nevromodulator.

Ta nukleozid prosto kroži v krvnem obtoku in deluje lokalno, z različnimi učinki na širjenje krvnih žil, krčenje gladkih mišic, nevronske izpuste, sproščanje nevrotransmiterja in presnovo maščob. Povezana je tudi z regulacijo srčnega utripa.

Ta molekula sodeluje tudi pri regulaciji vzorcev spanja. Koncentracija adenozina se poveča in spodbuja utrujenost. Zato nam kofein pomaga ostati budni: blokira medsebojno delovanje nevronov z zunajceličnim adenozinom.

Strukturni bloki regulativnih elementov

Veliko število skupnih presnovnih poti v celicah ima regulativne mehanizme, ki temeljijo na nivojih ATP, ADP in AMP. Ti dve molekuli imata enako strukturo kot ATP, vendar sta izgubili eno in dve fosfatni skupini.

Kot smo omenili v prejšnjem razdelku, je ATP nestabilna molekula. Celica naj proizvaja ATP samo takrat, ko jo potrebuje, saj jo mora hitro uporabiti. ATP sam je tudi element, ki uravnava presnovne poti, saj njegova prisotnost celici kaže, da ne bi smela proizvajati več ATP.

Nasprotno pa njeni hidrolizirani derivati ​​(AMP) opozarjajo celico, da ATP zmanjka in mora proizvesti več. Tako AMP aktivira metabolične poti za proizvodnjo energije, kot je glikoliza.

Podobno številni signali hormonskega tipa (na primer tisti, ki sodelujejo pri presnovi glikogena) posredujejo znotrajcelično celicam cAMP (c je ciklična) ali podobna varianta, vendar z guaninom v svoji strukturi: cGMP.

Gradniki koencimov

Pri več korakih v metaboličnih poteh encimi ne morejo delovati sami. Potrebujejo dodatne molekule, da lahko opravljajo svoje funkcije; Te elemente imenujemo koencimi ali kozubstrati, pri čemer je slednji izraz ustreznejši, saj koencimi niso katalitično aktivni.

V teh katalitičnih reakcijah je treba prenesti elektrone ali skupino atomov na drug substrat. Pomožne molekule, ki sodelujejo pri tem pojavu, so koencimi.

Dušikove baze so strukturni elementi teh kofaktorjev. Med najbolj prepoznanimi so nukleotidi pirimidina (NAD ⁺ , NADP ⁺ ), FMN, FAD in koencim A. Ti sodelujejo pri zelo pomembnih presnovnih poteh, kot so glikoliza, Krebsov cikel, fotosinteza.

Na primer, nukleotidi pirimidina so zelo pomembni koencimi encimov z dehidrogenazno aktivnostjo in so odgovorni za transport hidridnih ionov.

Reference

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M.,… & Walter, P. (2013). Bistvena celična biologija. Garland Science.
2. Cooper, GM in Hausman, RE (2007). Celica: molekularni pristop. Washington, DC, Sunderland, MA.
3. Griffiths, AJ (2002). Sodobna genetska analiza: integracija genov in genomov. Macmillan.
4. Griffiths, AJ, Wessler, SR, Lewontin, RC, Gelbart, WM, Suzuki, DT, & Miller, JH (2005). Uvod v genetsko analizo. Macmillan.
5. Koolman, J., in Röhm, KH (2005). Biokemija: besedilo in atlas. Panamerican Medical Ed.
6. Passarge, E. (2009). Gensko besedilo in atlas. Panamerican Medical Ed.