Нитрогене основе како се паре, класификују и функционишу

Тхе азотне базе они су органска једињења хетероцикличног облика, богата азотом. Они су део структурних блокова нуклеинских киселина и других молекула биолошког интереса, као што су нуклеозиди, динуклеотиди и интрацелуларни гласници. Другим речима, азотне базе су део јединица које формирају нуклеинске киселине (РНК и ДНК) и друге поменуте молекуле..

Постоје две главне групе азотних база: пуринске базе или пурини и пиримидинске базе или пиримидини. Прва група укључује аденин и гванин, док су тимин, цитозин и урацил пиримидинске базе. Генерално, ове базе су означене првим словом: А, Г, Т, Ц и У.

ДНК блокови су А, Г, Т и Ц. У овом поретку база, све потребне информације за изградњу и развој живог организма су кодификоване. У РНК, компоненте су исте, само да је Т замењен са У.

Индек

• 1 Структура и класификација
  • 1.1 Прстен пиримидина
  • 1.2 Пурински прстен
• 2 Својства азотних база
  • 2.1 Ароматицити
  • 2.2 Апсорпција УВ светла
  • 2.3 Растворљивост у води
• 3 Азотне базе биолошког интереса
• 4 Како се паре?
  • 4.1. Цхаргаффово правило
• 5 Функције
  • 5.1 Структурни блокови нуклеинских киселина
  • 5.2 Структурни блокови нуклеозидних трифосфата
  • 5.3 Аутацоид
  • 5.4 Структурни блокови регулаторних елемената
  • 5.5 Структурни блокови коензима
• 6 Референце

Структура и класификација

Азотне базе су равни молекули, ароматичног и хетероцикличног типа, који су генерално изведени од пурина или пиримидина..

Прстен пиримидина

Прстен пиримидина су хетероциклични ароматични прстенови са шест чланова и два атома азота. Атоми су нумерисани у смјеру казаљке на сату.

Пурине ринг

Пурински прстен се састоји од система са два прстена: један је структурно сличан пиримидинском прстену, а други сличан имидазолном прстену. Ових девет атома спаја се у један прстен.

Прстен пиримидина је раван систем, док пурини мало одступају од овог обрасца. Између имидазолног прстена и пиримидинског прстена је забележено благо прегибање или набирање..

Својства азотних база

Ароматицити

У органској хемији, а ароматски прстен дефинише се као молекул чији електрони двоструких веза имају слободну циркулацију унутар цикличне структуре. Покретљивост електрона унутар прстена даје стабилност молекулу - ако га упоредимо са истим молекулом - али са електронима фиксираним у двоструким везама.

Ароматична природа овог система прстена даје им могућност да доживе феномен зван кето-енол таутомериа.

То јест, пурини и пиримидини постоје у таутомерним паровима. Кето таутомери превладавају при неутралном пХ за урацил, тимин и гванин базе. Насупрот томе, енолни облик је доминантан за цитозин, при неутралном пХ. Овај аспект је од суштинског значаја за формирање водоничних мостова између база.

Апсорпција УВ светла

Још једна особина пурина и пиримидина је њихова способност да апсорбују ултраљубичасту светлост (УВ светло). Овај апсорпциони образац је директна последица ароматичности његових хетероцикличних прстенова.

Апсорпциони спектар има максимум близу 260 нм. Истраживачи користе овај образац да квантификују количину ДНК у својим узорцима.

Растворљивост у води

Захваљујући јаком ароматичном карактеру азотних база, ови молекули су практично нерастворљиви у води.

Азотне базе биолошког интереса

Иако постоји велики број азотних база, ми само неколико проналазимо природно у ћелијским срединама живих организама.

Најчешћи пиримидини су цитозин, урацил и тимин (5-метилурацил). Цитозин и тимин су пиримидини које обично налазимо у двострукој хеликси ДНК, док су цитозин и урацил уобичајени у РНК. Треба приметити да је једина разлика између урацила и тимина метил група на угљенику 5.

Слично томе, најчешћи пурини су аденин (6-амино пурин) и гванин (2-амино-6-окси пурин). Ова једињења обилују и ДНК и РНК молекулима.

Постоје и други деривати пурина који се природно налазе у ћелији, међу којима су ксантин, хипоксантин и мокраћна киселина. Прва два се могу наћи у нуклеинским киселинама, али на веома оскудан и тачан начин. Насупрот томе, мокраћна киселина никада није пронађена као структурна компонента ових биомолекула.

Како се паре?

Структуру ДНК разјаснили су истраживачи Ватсон и Црицк. Захваљујући његовој студији, било је могуће закључити да је ДНК двострука спирала. Састоји се од дугог ланца нуклеотида повезаних фосфодиестарским везама, у којима фосфатна група формира мост између хидроксилних група (-ОХ) остатака шећера..

Структура коју смо управо описали подсећа на степениште заједно са припадајућим рукохватом. Азотне базе су аналогне степеницама које су груписане у двоструку спиралу помоћу водоничних мостова.

У водоничном мосту, два електронегативна атома деле протон између база. За формирање водоничног моста потребно је учешће атома водоника са благим позитивним набојем и акцептора са малим негативним набојем..

Мост се формира између Х и О. Ове везе су слабе, и морају бити, јер се ДНК мора лако отворити да се реплицира.

Цхаргаффово правило

Базни парови формирају водоничне везе пратећи следећи узорак парења пурин-пиримидина познат као Цхаргаффово правило: гванини парови са цитозином и аденином са тимином.

ГЦ пар заједно формира три атома водоника, док се АТ пар повезује само са два моста. Према томе, можемо предвидети да ће ДНК са већим садржајем ГЦ бити стабилнији.

Сваки од ланаца (или рукохвати у нашој аналогији), тече у супротним правцима: један 5 '→ 3' и други 3 '→ 5'.

Функције

Структурни блокови нуклеинских киселина

Органска бића представљају тип биомолекула који се називају нуклеинске киселине. То су полимери велике величине формирани од поновљених мономера: нуклеотиди, уједињени помоћу посебне врсте везе, назване фосфодиестерска веза. Они се класификују у два основна типа, ДНК и РНК.

Сваки нуклеотид је формиран од стране фосфатне групе, шећера (типа деоксирибозе у ДНК и рибозе у РНК), и једне од пет азотних база: А, Т, Г, Ц и У. молекул се назива нуклеозид.

У ДНК

ДНК је генетски материјал живих бића (са изузетком неких вируса који углавном користе РНК). Користећи код 4 базе, ДНК има секвенцу за све протеине који постоје у организмима, поред елемената који регулишу експресију истих..

Структура ДНК мора бити стабилна, јер је организми користе за кодирање информација. Међутим, то је молекул склон промјенама, назван мутацијама. Ове промене у генетском материјалу су основни материјал за еволуциону промену.

У РНК

Као и ДНК, РНК је полимер нуклеотида, са изузетком да је база Т замењена са У. Овај молекул је у облику једноставне траке и испуњава широк спектар биолошких функција..

У ћелији постоје три главне РНК. Гласник РНК је посредник између ДНК и формирања протеина. Он је задужен за копирање информација у ДНК и њихово одношење у машину за превођење протеина. Рибосомска РНК, други тип, чини структурални део ове сложене машине.

Трећи тип, или преносна РНК, је одговоран за ношење аминокиселинских остатака погодних за синтезу протеина.

Поред три "традиционалне" РНК, постоји велики број малих РНК укључених у регулацију експресије гена, јер у ћелији, сви гени кодирани у ДНК не могу бити изражени стално и у истој мери..

Неопходно је да организми имају начине да регулишу своје гене, то јест, да одлуче да ли су изражени или не. Аналогно томе, генетски материјал се састоји само од речника речи на шпанском, а механизам регулације дозвољава формирање књижевног дела..

Структурни блокови нуклеозидних трифосфата

Азотне базе су део нуклеозидних трифосфата, молекула који је, као и ДНК и РНК, биолошког интереса. Поред базе, она се састоји од пентозних и три фосфатне групе међусобно повезане високоенергетским везама..

Захваљујући овим везама, нуклеозидни трифосфати су енергетски богати молекули и главни су производ метаболичких путева који траже ослобађање енергије. Међу најчешће коришћеним је АТП.

АТП или аденозин трифосфат се састоји од азотне аденинске базе, повезане са угљеником лоцираним на позицији 1 шећера пентозног типа: рибоза. У петој позицији овог угљеног хидрата, три фосфатне групе су повезане.

Генерално, АТП је енергетска валута ћелије, јер се може брзо користити и регенерисати. Многи метаболички путеви уобичајени међу органским бићима користе и производе АТП.

Његова "моћ" се заснива на везама високе енергије, формираних од фосфатних група. Негативни набоји ових група су у сталном одбијању. Постоје и други узроци који предиспонирају хидролизу у АТП, укључујући стабилизацију резонанцом и солватацијом..

Аутацоид

Иако већина нуклеозида нема значајну биолошку активност, аденозин је значајан изузетак код сисара. Ово функционише као аутокоид, аналогно "локалном хормону" и као неуромодулатор.

Овај нуклеозид слободно циркулише у крвотоку и делује локално, са различитим ефектима на дилатацију крвних судова, контракције глатких мишића, неуронска пражњења, ослобађање неуротрансмитера и метаболизам масти. Такође је везано за регулацију срчаног ритма.

Овај молекул је такође укључен у регулацију спавања. Концентрација аденозина се повећава и подстиче замор. То је разлог зашто кофеин помаже да будемо будни: блокира неуронске интеракције са екстрацелуларним аденозином.

Структурни блокови регулаторних елемената

Значајна количина метаболичких путева уобичајених у ћелијама поседује регулаторне механизме засноване на нивоима АТП, АДП и АМП. Етас две последње молекуле имају исту структуру АТП, али су изгубиле једну и две фосфатне групе, респективно.

Као што смо поменули у претходном одељку, АТП је нестабилан молекул. Ћелија мора производити АТП само када му је потребна, јер га мора брзо користити. АТП је сам по себи елемент који регулише метаболичке путеве, јер његово присуство указује на ћелију да не би требало да производи више АТП-а..

Насупрот томе, његови хидролизовани деривати (АМП) упозоравају ћелију да АТП истиче и да би требало да производи више. Дакле, АМП активира метаболичке путеве производње енергије, као што је гликолиза.

Слично томе, многи сигнали слични хормонима (као што су они који су укључени у метаболизам гликогена) посредовани су интрацелуларно молекулама цАМП (ц је цикличан) или сличном варијантом, али са гванином у својој структури: цГМП.

Структурни блокови коензима

У вишеструким корацима метаболичких путева, ензими не могу да делују сами. Потребни су им додатни молекули да би могли да испуне своје функције; ови елементи се називају коензими или ко-супстрати, а последњи израз је прикладнији, јер коензими нису каталитички активни.

У овим каталитичким реакцијама постоји потреба за преносом електрона или групе атома на други супстрат. Помоћни молекули који учествују у овом феномену су коензими.

Азотне базе су структурни елементи наведених кофактора. Међу најпознатијим су пиримидински нуклеотиди (НАД)⁺, НАДП⁺), ФМН, ФАД и коензим А. Они учествују у веома важним метаболичким путевима, као што су гликолиза, Кребсов циклус, фотосинтеза, између осталих.

На пример, пиримидински нуклеотиди су веома важни коензими ензима са дехидрогеназном активношћу и одговорни су за транспорт хидридних јона..

Референце

1. Албертс, Б., Браи, Д., Хопкин, К., Јохнсон, А.Д., Левис, Ј., Рафф, М., ... & Валтер, П. (2013). Основна ћелијска биологија. Гарланд Сциенце.
2. Цоопер, Г. М., & Хаусман, Р. Е. (2007). Ћелија: молекуларни приступ. Васхингтон, ДЦ, Сундерланд, МА.
3. Гриффитхс, А. Ј. (2002). Савремена генетска анализа: интеграција гена и генома. Мацмиллан.
4. Гриффитхс, А.Ј., Весслер, С.Р., Левонтин, Р.Ц., Гелбарт, В.М., Сузуки, Д.Т., & Миллер, Ј.Х. (2005). Увод у генетску анализу. Мацмиллан.
5. Коолман, Ј., & Рохм, К.Х. (2005). Биохемија: текст и атлас. Ед Панамерицана Медицал.
6. Пассарге, Е. (2009). Генетски текст и атлас. Ед Панамерицана Медицал.