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 dusíkatými bázemi adenin, guanin, cytosin a thymin; v RNA, oni jsou stejní, kromě thymine, v jehož místě tam je dusíkatá báze volala uracil.
Na rozdíl od RNA, dusíkaté báze DNA tvoří párování nebo páry bází. Přítomnost těchto párování je možná, protože DNA má dvouvláknovou nukleotidovou strukturu.
Exprese genu závisí na sekvenci dusíkatých bází v kombinaci s DNA nukleotidy.
Co jsou dusíkaté báze?
Dusíkaté báze jsou organické molekuly obsahující dusík, které se podílejí na tvorbě nukleotidů .
Každý tvořený dusíkatou bází, cukrem s 5 atomy uhlíku (pentóza) a fosfátovou skupinou, nukleotidy jsou molekulární jednotky, které tvoří nukleové kyseliny DNA a RNA .
Nukleové kyseliny DNA a RNA jsou biologické makromolekuly, na kterých závisí vývoj a řádné fungování buněk živého člověka.
NITROGENOVÉ ZÁKLADY NUKLEICKÝCH KYSELIN
Dusíkaté báze, které tvoří nukleové kyseliny DNA a RNA, jsou: adenin, guanin, cytosin, thymin a uracil .
Adenin, guanin a cytosin jsou společné pro obě nukleové kyseliny, tj. Jsou součástí jak nukleotidů DNA, tak nukleotidů RNA. Thymine je exkluzivní k DNA, zatímco uracil je exkluzivní k RNA .
Stručné shrnutí, pak dusíkaté báze, které tvoří nukleovou kyselinu (ať už DNA nebo RNA), patří do 4 různých typů.
ZKRATKY Z NITROGENOVÝCH ZÁKLADŮ
Chemici a biologové považovali za vhodné zkrátit názvy dusíkatých bází jedním písmenem abecedy. Tímto způsobem usnadňují a urychlují zobrazování a popis nukleových kyselin na textech.
Adenin se shoduje s velkými písmeny A; guanin s velkým písmenem G; cytosin s velkým písmenem C; thymin s velkými písmeny T; nakonec uracil s velkým písmenem U.
Třídy a struktura
Existují dvě třídy dusíkatých bází: třída dusíkatých bází, která pochází z pyrimidinu a třídy dusíkatých bází, které jsou odvozeny od purinu .
Obrázek: obecná chemická struktura pyrimidinu a purinu.
Dusíkaté báze odvozené od pyrimidinu jsou také známy s alternativními názvy: pyrimidinových nebo pyrimidinových dusíkatých bází ; zatímco dusíkaté báze, které jsou odvozeny od purinu, jsou také známé s alternativními slovy: purinových nebo purinových dusíkatých bází .
Cytosin, thymin a uracil patří do třídy pyrimidinových dusíkatých bází; adenin a guanin naopak tvoří třídu purinových dusíkatých bází.
Příklady purinových derivátů, jiných než dusíkaté báze DNA a RNA
Mezi purinovými deriváty existují také organické sloučeniny, které nejsou dusíkatými bázemi DNA a RNA. Do této kategorie patří například sloučeniny jako je kofein, xantin, hypoxantin, theobromin a kyselina močová.
CO JSOU AZOTE ZÁKLADY Z CHEMICKÉ VIEWPOINT?
Organické chemiky definují dusíkaté báze a všechny purinové a pyrimidinové deriváty jako heterocyklické aromatické sloučeniny .
- Heterocyklická sloučenina je organická kruhová (nebo cyklická) sloučenina, která má ve výše uvedeném kruhu jeden nebo více atomů jiných než uhlík. V případě purinů a pyrimidinů jsou atomy jiné než uhlík atomy dusíku.
- Aromatická sloučenina je organická sloučenina ve tvaru kruhu, která má strukturní a funkční vlastnosti podobné benzenu.
STRUKTURA
Obrázek: chemická struktura benzenu.
Chemická struktura dusíkatých bází odvozených od pyrimidinu spočívá hlavně v jediném kruhu se 6 atomy, z nichž 4 jsou atomy uhlíku a 2 atomy dusíku.
Pyrimidinová dusíkatá báze je ve skutečnosti pyrimidin s jedním nebo více substituenty (tj. Jedním atomem nebo skupinou atomů) vázanou na jeden z atomů uhlíku v kruhu.
Naproti tomu chemická struktura dusíkatých bází odvozených od purinu sestává hlavně z dvojitého kruhu s 9 celkovými atomy, z nichž 5 jsou atomy uhlíku a 4 atomy dusíku. Výše uvedený dvojitý kruh s 9 celkovými atomy pochází z fúze pyridiminového kruhu (tj. Pyrimidinového kruhu) s imidazolovým kruhem (tj. Kruhu imidazolu, další organické heterocyklické sloučeniny).
Obrázek: Imidazolová struktura.
Jak je známo, pyrimidinový kruh obsahuje 6 atomů; zatímco imidazolový kruh obsahuje 5. Při fúzi mají oba kruhy dva atomy uhlíku a to vysvětluje, proč konečná struktura obsahuje konkrétně 9 atomů.
UMÍSTĚNÍ NITROGENOVÝCH ATOMŮ V PURRINU A PYRIMIDINU
Pro zjednodušení studia a popisu organických molekul si organičtí chemici mysleli, že přidělí identifikační číslo uhlíkům a všem ostatním atomům nosných struktur. Číslování začíná vždy od 1, je založeno na velmi specifických kritériích přiřazení (které je zde lepší vynechat) a slouží k určení polohy každého atomu v molekule.
U pyrimidinů kritéria pro numerické přiřazení stanoví, že 2 atomy dusíku zaujímají pozici 1 a pozici 3, zatímco 4 atomy uhlíku jsou v polohách 2, 4, 5 a 6.
Pro puriny na druhé straně numerická kritéria pro přiřazení uvádějí, že 4 atomy dusíku zaujímají pozice 1, 3, 7 a 9, zatímco 5 atomů uhlíku sídlí v polohách 2, 4, 5, 6 a 8.
Pozice v nukleotidech
Dusíkatá báze nukleotidu vždy spojuje uhlík v poloze 1 odpovídající pentózy prostřednictvím kovalentní N-glykosidové vazby .
Konkrétně
- Dusíkaté báze odvozené od pyrimidinu tvoří N-glykosidovou vazbu přes jejich dusík v poloze 1 ;
- Zatímco dusíkaté báze, které jsou odvozeny od purinu, tvoří N-glykosidovou vazbu, přes dusík v poloze 9 .
V chemické struktuře nukleotidů představuje pentóza centrální prvek, ke kterému 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 AZOTE ZÁKLADNÍ FORMULÁŘ NUCLEOSIDE?
Kombinace dusíkaté báze a pentózy tvoří organickou molekulu, která pojmenovává nukleosid .
Je to tedy přidání fosfátové skupiny, která mění nukleosidy na nukleotidy.
Navíc, podle zvláštní definice nukleotidů, by tyto organické sloučeniny byly "nukleosidy, které mají jednu nebo více fosfátových skupin spojených s uhlíkem 5 složky pentos".
Organizace v DNA
DNA nebo deoxyribonukleová kyselina je velká biologická molekula, tvořená dvěma velmi dlouhými vlákny nukleotidů (nebo polynukleotidovými vlákny ).
Tato polynukleotidová vlákna mají určité charakteristiky, které si zaslouží zvláštní zmínku, protože se také úzce týkají dusíkatých bází:
- Jsou spojeni dohromady.
- Jsou orientovány v opačných směrech ("antiparalelní vlákna").
- Zabalili se, jako by to byli dva spirály.
- Nukleotidy, které je tvoří, mají takové uspořádání, že dusíkaté báze jsou orientovány směrem k centrální ose každé spirály, zatímco pentózy a fosfátové skupiny tvoří vnější lešení.
Jednotné uspořádání nukleotidů způsobí, že každá dusíkatá báze jednoho ze dvou polynukleotidových vláken se spojí vodíkovými vazbami na dusíkatou bázi přítomnou na druhém vlákně. Toto spojení proto vytváří kombinaci bází, kombinací, které biologičtí a genetici nazývají párováním nebo párem bází .
Bylo uvedeno výše, že obě vlákna jsou spojena dohromady: jedná se o vazby mezi různými dusíkatými bázemi dvou polynukleotidových vláken, které určují jejich spojení.
KONCEPCE DOPLŇUJÍCÍCH MEZI ZÁKLADNÍMI ZÁKLADY
Studiem struktury DNA vědci zjistili, že párování dusíkatých bází je vysoce specifické . Ve skutečnosti si všimli, že adenin se připojuje pouze k thyminu, zatímco cytosin se váže pouze na guanin.
Ve světle tohoto objevu vytvořili termín " komplementarita mezi dusíkatými bázemi ", což indikuje jednoznačné vázání adeninu s thyminem a cytosinem s guaninem.
Identifikace komplementárního párování mezi dusíkatými bázemi byla klíčem k objasnění fyzikálních rozměrů DNA a konkrétní stability dvou polynukleotidových vláken.
Rozhodující příspěvek k objevu struktury DNA (od spirálového vinutí dvou polynukleotidových řetězců k párování komplementárních dusíkatých bází) byl dán americkým biologem Jamesem Watsonem a anglickým biologem Francisem Crickem v roce 1953.
S formulací takzvaného " modelu dvojité šroubovice " Watson a Crick měli neuvěřitelnou intuici, která představovala epochální zlom v oblasti molekulární biologie a genetiky.
Ve skutečnosti objev exaktní struktury DNA umožnil studium a pochopení biologických procesů, které vidí deoxyribonukleovou kyselinu jako protagonistu: z toho, jak je RNA replikována nebo tvarována tak, jak generuje proteiny.
SPOLEČNĚ TYPY, KTERÉ MAJÍ SPOLUPRACOVACÍ PÁSY LUNGOVÝCH ZÁKLADŮ
Spojení dvou dusíkatých bází v molekule DNA, tvořících komplementární párování, je řada chemických vazeb, známých jako vodíkové vazby .
Adenin a thymin navzájem interagují pomocí dvou vodíkových vazeb, zatímco guanin a cytosin pomocí tří vodíkových vazeb.
JAK JSOU VEŠKERÉ SPOJKY AZOTÁTOVÝCH ZÁKLADŮ OBSAHUJÍCÍ LIDSKOU DNA?
Obecná molekula lidské DNA obsahuje asi 3, 3 miliardy základních dusíkatých párů, 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 dohromady dusíkaté báze dvou polynukleotidových vláken.
Organizace v RNA
Na rozdíl od DNA, RNA nebo ribonukleová kyselina, je nukleová kyselina obvykle složená z jednoho řetězce nukleotidů.
Proto jsou dusíkaté báze, které jej tvoří, "nepárové".
Mělo by však být zdůrazněno, že nedostatek doplňkového dusíkového základního řetězce nevylučuje možnost, že se RNA dusíkaté báze mohou jevit jako báze DNA.
Jinými slovy, dusíkaté báze jediného RNA filamentu se mohou shodovat, podle zákonů komplementarity mezi dusíkatými bázemi, přesně jako dusíkaté báze DNA.
Komplementární párování mezi dusíkatými bázemi dvou odlišných molekul RNA je základem důležitého procesu syntézy proteinů (nebo syntézy proteinů ).
URACILE VYMĚŇUJE TIMINU
V RNA, uracil nahradí DNA thymine ne jediný ve struktuře ale také v doplňkovém párování: ve skutečnosti, to je dusíkatá báze, která specificky se váží na adenine, když dvě odlišné RNA molekuly se objeví z funkčních důvodů.
Biologická role
Exprese genů závisí na sekvenci dusíkatých bází spojených s nukleotidy DNA. Geny jsou více či méně dlouhé segmenty DNA (tj. Nukleotidové segmenty), které obsahují informace nezbytné pro syntézu proteinů. Proteiny jsou tvořeny aminokyselinami a jsou biologickými makromolekulami, které hrají zásadní roli v regulaci buněčných mechanismů organismu.
Sekvence dusíkatých bází daného genu specifikuje aminokyselinovou sekvenci příbuzného proteinu.
