Dušikove osnove, kako se parijo, razvrščajo in delujejo



The dušikove baze so organske spojine heterociklične oblike, bogate z dušikom. So del strukturnih blokov nukleinskih kislin in drugih molekul biološkega interesa, kot so nukleozidi, dinukleotidi in znotrajcelični kurirji. Z drugimi besedami, dušikove baze so del enot, ki tvorijo nukleinske kisline (RNA in DNA) in druge omenjene molekule..

Obstajata dve glavni skupini dušikovih baz: purinske baze ali purini in pirimidinske baze ali pirimidini. Prva skupina vključuje adenin in gvanin, timin, citozin in uracil pa pirimidinske baze. Na splošno so te baze označene s prvo črko: A, G, T, C in U.

Bloki DNK so A, G, T in C. V tem vrstnem redu baz je kodificirana vsa potrebna informacija za izgradnjo in razvoj živega organizma. V RNA so komponente enake, le da se T nadomesti z U.

Indeks

  • 1 Struktura in razvrstitev
    • 1.1 Prstan pirimidinov
    • 1.2 Purinski obroč
  • 2 Lastnosti dušikovih baz
    • 2.1 Aromatična
    • 2.2 Absorpcija UV svetlobe
    • 2.3 Topnost v vodi
  • 3 Dušikove baze biološkega interesa
  • 4 Kako se parijo?
    • 4.1 Chargaffovo pravilo
  • 5 Funkcije
    • 5.1 Strukturni bloki nukleinskih kislin
    • 5.2 Strukturni bloki nukleozidnih trifosfatov
    • 5.3 Autacoid
    • 5.4 Strukturni bloki regulativnih elementov
    • 5.5 Strukturni bloki koencimov
  • 6 Reference

Struktura in klasifikacija

Dušikove baze so ravno molekule, aromatskega in heterocikličnega tipa, ki so na splošno izpeljane iz purinov ali pirimidinov..

Obroč pirimidinov

Obroč pirimidinov je heterociklični aromatski obroč s šestimi člani in dvema dušikovima atomoma. Atomi so oštevilčeni v smeri urinega kazalca.

Purinski obroč

Purinski obroč sestoji iz sistema z dvema obročema: eden je strukturno podoben pirimidinskemu obroču in drug podoben imidazolnemu obroču. Teh devet atomov se združi v en sam obroč.

Obroč pirimidinov je ploski sistem, medtem ko purini malo odstopajo od tega vzorca. Med imidazolnim obročem in pirimidinskim obročem so poročali o rahle gubi ali gubah..

Lastnosti dušikovih baz

Aromaticnost

V organski kemiji, a aromatski obroč definirana je kot molekula, katere elektroni dvojnih vezi imajo prosti pretok znotraj ciklične strukture. Mobilnost elektronov znotraj obroča daje molekuli stabilnost - če jo primerjamo z isto molekulo - vendar z elektroni, fiksiranimi v dvojnih vezih..

Aromatična narava tega obročnega sistema jim daje možnost, da doživijo pojav, imenovan keto-enol tautomería.

To pomeni, da purini in pirimidini obstajajo v tavtomernih parih. Keto tavtomeri prevladujejo pri nevtralnem pH za baze uracila, timina in gvanina. V nasprotju s tem je enolska oblika prevladujoča za citozin pri nevtralnem pH. Ta vidik je bistven za nastanek vodikovih mostov 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 obročev.

Absorpcijski spekter ima največ blizu 260 nm. Raziskovalci uporabljajo ta vzorec, da količinsko določijo količino DNA v svojih vzorcih.

Topnost v vodi

Zaradi močne aromatske narave dušikovih baz so te molekule praktično netopne v vodi.

Dušikove baze biološkega interesa

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

Najpogostejši pirimidini so citozin, uracil in timin (5-metiluracil). Citozin in timin sta pirimidini, ki jih ponavadi najdemo v dvojni vijačnici DNA, medtem ko sta citozin in uracil običajna pri RNA. Upoštevajte, da je edina razlika med uracilom in timinom metilna skupina na ogljiku 5.

Podobno so najpogostejši purini adenin (6-amino purin) in gvanin (2-amino-6-oksi purin). Te spojine so bogate v molekulah DNA in RNA.

Obstajajo tudi drugi derivati ​​purinov, ki jih naravno najdemo v celici, med njimi ksantin, hipoksantin in sečna kislina. Prva dva se nahajata v nukleinskih kislinah, vendar na zelo omejen in točen način. V nasprotju s tem se mokra kislina nikoli ne pojavi kot strukturna komponenta teh biomolekul.

Kako se parijo?

Strukturo DNK so pojasnili raziskovalci Watson in Crick. Zahvaljujoč njegovi študiji je bilo mogoče ugotoviti, da je DNK dvojna vijačnica. Sestavljen je iz dolge verige nukleotidov, ki so povezani s fosfodiestrskimi vezmi, v katerih fosfatna skupina predstavlja most med hidroksilnimi skupinami (-OH) ostankov sladkorja..

Struktura, ki smo jo pravkar opisali, spominja na stopnišče skupaj z ustreznim ograjo. Dušikove baze so analogne stopnicam, ki so združene v dvojno vijačnico s pomočjo vodikovih mostov..

V vodikovem mostu dva elektronegativna atoma delita proton med bazami. Za oblikovanje vodikovega mostu je potrebno sodelovanje vodikovega atoma z rahlim pozitivnim nabojem in akceptorja z majhnim negativnim nabojem..

Most se oblikuje med H in O. Te povezave so šibke in morajo biti, ker se mora DNA preprosto odpreti za repliciranje..

Chargaffovo pravilo

Osnovni pari tvorijo vodikove vezi po naslednjem vzorcu parjenja purin-pirimidina, znanem kot Chargaffovo pravilo: gvanini pari s citozinom in adeninom s timinom.

GC par skupaj tvori tri vodikove atome, medtem ko sta AT para združena le z dvema mostoma. Tako lahko napovemo, da bo DNA z višjo vsebnostjo GC bolj stabilna.

Vsaka od verig (ali držala v naši analogiji) poteka v nasprotnih smereh: ena 5 '→ 3' in druga 3 '→ 5'.

Funkcije

Strukturni bloki nukleinskih kislin

Organska bitja predstavljajo vrsto biomolekul, imenovanih nukleinske kisline. To so polimeri velike velikosti, sestavljeni iz ponavljajočih se monomerov: nukleotidi, združeni s pomočjo posebne vrste vezi, imenovane fosfodiestrske vezi. Razvrščamo v dva osnovna tipa, DNA in RNA.

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

V DNK

DNK je genetski material živih bitij (z izjemo nekaterih virusov, ki večinoma uporabljajo RNA). Z uporabo kode 4 baz DNK ima zaporedje za vse beljakovine, ki obstajajo v organizmih, poleg elementov, ki uravnavajo izražanje istega organizma..

Struktura DNK mora biti stabilna, saj jo organizmi uporabljajo za kodiranje informacij. Vendar pa je to molekula, ki je nagnjena k spremembam, imenovanih mutacije. Te spremembe v genskem materialu so osnovni material za evolucijsko spremembo.

V RNA

Tako kot DNK je RNA polimer nukleotidov, z izjemo, da je baza T nadomeščena z U. Ta molekula je v obliki preprostega traku in izpolnjuje širok spekter bioloških funkcij..

V celici so tri glavne RNA. Messenger RNA je posrednik med tvorbo DNA in beljakovin. Zadolžen je za kopiranje informacij v DNK in njihovo prenašanje v stroj za prevajanje beljakovin. Ribosomska RNA, druga vrsta, tvori strukturni del tega kompleksnega stroja.

Tretji tip ali prenosna RNA je odgovoren za prenos aminokislinskih ostankov, ki so primerni za sintezo beljakovin.

Poleg treh "tradicionalnih" RNA obstajajo številne majhne RNA, ki sodelujejo pri regulaciji genske ekspresije, saj v celici vsi geni, kodirani v DNA, ne morejo biti izraženi stalno in v enaki meri..

Potrebno je, da imajo organizmi načine za urejanje svojih genov, to je odločanje, ali so izraženi ali ne. Podobno je genetski material sestavljen samo iz slovarja besed v španščini, mehanizem regulacije pa omogoča oblikovanje literarnega dela..

Strukturni bloki nukleozidnih trifosfatov

Dušikove baze so del nukleozidnih trifosfatov, molekule, ki je, tako kot DNA in RNA, biološkega pomena. Poleg baze sestavljajo pentozne in tri fosfatne skupine, ki so med seboj povezane z visokoenergetskimi vezmi..

Zaradi teh vezi 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 adeninske baze, povezane z ogljikom, ki se nahaja na položaju 1 sladkorja pentoznega tipa: riboza. Na petem mestu tega ogljikovega hidrata so povezane tri fosfatne skupine.

Na splošno je ATP energijska valuta celice, saj jo lahko hitro uporabimo in regeneriramo. Veliko presnovnih poti, ki so pogoste pri organskih bitjih, uporabljajo in proizvajajo ATP.

Njegova "moč" temelji na visoko energetskih vezih, ki jih tvorijo fosfatne skupine. Negativni naboji teh skupin so v stalnem odbijanju. Obstajajo tudi drugi vzroki, ki povzročajo hidrolizo v ATP, vključno s stabilizacijo z resonanco in solvatacijo..

Autacoid

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

Ta nukleozid prosto kroži v krvnem obtoku in deluje lokalno, z različnimi učinki na dilatacijo krvnih žil, krčenje gladkih mišic, nevronske izpuste, sproščanje nevrotransmiterjev in presnovo maščob. Povezan je tudi z uravnavanjem srčnega utripa.

Ta molekula je vključena tudi v regulacijo vzorcev spanja. Koncentracija adenozina se poveča in spodbuja utrujenost. To je razlog, da nam kofein pomaga ohranjati budnost: zavira nevronske interakcije z zunajceličnim adenozinom.

Strukturni bloki regulativnih elementov

Znatna količina presnovnih poti, ki so pogoste v celicah, imajo regulativne mehanizme, ki temeljijo na nivojih ATP, ADP in AMP. Dve zadnji molekuli imata enako strukturo ATP, vendar sta izgubili eno in dve fosfatni skupini.

Kot smo omenili v prejšnjem oddelku, je ATP nestabilna molekula. Celica mora proizvajati samo ATP, ko ga potrebuje, ker ga mora hitro uporabiti. ATP je tudi sam po sebi element, ki uravnava presnovne poti, saj njegova prisotnost kaže na celico, da ne sme proizvajati več ATP..

Nasprotno pa njegovi hidrolizirani derivati ​​(AMP) opozarjajo celico, da se ATP izteka in da bi morala proizvajati več. AMP tako aktivira presnovne poti proizvodnje energije, kot je glikoliza.

Podobno se številni hormonsko podobni signali (kot so tisti, ki sodelujejo pri presnovi glikogena) posredujejo znotraj celic s cAMP molekulami (c je ciklična) ali s podobno različico, vendar z gvaninom v svoji strukturi: cGMP.

Strukturni bloki koencimov

V več korakih presnovnih poti encimi ne morejo delovati sami. Potrebujejo dodatne molekule, da lahko izpolnijo svoje funkcije; ti elementi se imenujejo koencimi ali ko-substrati, pri čemer je slednja bolj primerna, saj koencimi niso katalitsko aktivni.

Pri teh katalitskih reakcijah obstaja potreba po prenosu elektronov ali skupine atomov na drug substrat. Pomožne molekule, ki sodelujejo pri tem pojavu, so koencimi.

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

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

Reference

  1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, A.D., Lewis, J., Raff, M., ... & Walter, P. (2013). Bistvena celična biologija. Garland Science.
  2. Cooper, G. M., & Hausman, R. E. (2007). Celica: molekularni pristop. Washington, DC, Sunderland, MA.
  3. Griffiths, A. J. (2002). Sodobna genetska analiza: integracija genov in genomov. Macmillan.
  4. Griffiths, A.J., Wessler, S.R., Lewontin, R.C., Gelbart, W.M., Suzuki, D.T., & Miller, J.H. (2005). Uvod v genetsko analizo. Macmillan.
  5. Koolman, J., in Röhm, K. H. (2005). Biokemija: besedilo in atlas. Ed Panamericana Medical.
  6. Passarge, E. (2009). Genetsko besedilo in atlas. Ed Panamericana Medical.