Generellitet
Nitrogenbaser er aromatiske heterocykliske organiske forbindelser som inneholder nitrogenatomer, som deltar i konstitueringen av nukleotider.
Frukt av foreningen av en nitrogenbasert base, en pentose (dvs. et sukker med 5 karbonatomer) og en fosfatgruppe, nukleotider er de molekylære enhetene som utgjør nukleinsyrene DNA og RNA.
I DNA er de nitrogenholdige basene: adenin, guanin, cytosin og tymin; i "RNA er de like, bortsett fra tymin, i stedet for hvor c" er en nitrogenholdig base som kalles uracil.
I motsetning til de for RNA, danner nitrogenbaser av DNA parring eller basepar. Tilstedeværelsen av en slik sammenkobling er mulig fordi DNA har en dobbeltstrenget struktur av nukleotider.
Genuttrykket avhenger av sekvensen av nitrogenholdige baser forbundet med DNA -nukleotidene.
Hva er nitrogenholdige baser?
Nitrogenbaser er de organiske molekylene som inneholder nitrogen, som deltar i konstitueringen av nukleotider.
Nukleotider er dannet hver av en nitrogenbasert base, et 5-karbon sukker (pentose) og en fosfatgruppe, og er de molekylære enhetene som utgjør nukleinsyrene DNA og RNA.
Nukleinsyrene DNA og RNA er de biologiske makromolekylene som utviklingen og funksjonen til cellene i et levende vesen er avhengig av.
NITROGENBASENE AV NUKLEINSYRER
De nitrogenholdige basene som utgjør DNA- og RNA -nukleinsyrene er: adenin, guanin, cytosin, tymin og uracil.
Adenin, guanin og cytosin er felles for begge nukleinsyrene, det vil si at de er en del av både DNA -nukleotider og RNA -nukleotider. Tymin er eksklusivt for DNA, mens uracil er eksklusivt for RNA.
Nitrogenbaser som danner en nukleinsyre (DNA eller RNA) tilhører derfor fire forskjellige typer.
FORKORTELSER AV NITROGENBASER
Kjemikere og biologer har ansett det hensiktsmessig å forkorte navnene på de nitrogenholdige basene med en enkelt bokstav i alfabetet. På denne måten har de gjort det lettere og raskere å representere og beskrive nukleinsyrer i tekster.
L "adenin sammenfaller med stor bokstav A; guanin med stor bokstav G; cytosin med stor bokstav C; tymin med stor bokstav T; til slutt l" uracil med stor bokstav U.
Klasser og struktur
Det er to klasser av nitrogenholdige baser: klassen av nitrogenholdige baser som stammer fra pyrimidin og klassen av nitrogenholdige baser som stammer fra purin.
Figur: generisk kjemisk struktur av et pyrimidin og et purin.
De nitrogenholdige basene som stammer fra pyrimidin er også kjent under de alternative navnene: pyrimidin eller pyrimidin nitrogenholdige baser; mens de nitrogenholdige basene som stammer fra purin også er kjent med de alternative begrepene: purin eller purin nitrogenholdige baser.
Cytosin, tymin og uracil tilhører klassen av pyrimidin nitrogenholdige baser; adenin og guanin, derimot, utgjør klassen av purin nitrogenholdige baser.
Eksempler på purinderivater, andre enn nitrogenbaser av DNA og RNA
Blant purinderivatene er det også organiske forbindelser som ikke er nitrogenholdige baser av DNA og RNA. For eksempel faller forbindelser som koffein, xantin, hypoksantin, teobromin og urinsyre i kategorien ovenfor.
HVA ER NITROGENBASER FRA DET KJEMISKE SYNPUNKTET?
Organiske kjemikere definerer nitrogenbaser og alle derivater av purin og pyrimidin som aromatiske heterocykliske forbindelser.
- En heterocyklisk forbindelse er en organisk ring (eller syklisk) forbindelse som i den nevnte ringen har ett eller flere atomer enn karbon. Når det gjelder puriner og pyrimidiner, er andre atomer enn karbon nitrogenatomene.
- En aromatisk forbindelse er en organisk ringforbindelse med strukturelle og funksjonelle egenskaper som ligner på benzen.
STRUKTUR
Figur: kjemisk struktur av benzen.
Den kjemiske strukturen til de nitrogenholdige basene avledet fra pyrimidin består hovedsakelig av en enkelt ring med 6 atomer, hvorav 4 er karbon og 2 av dem er nitrogen.
Faktisk er en pyrimidin -nitrogenbase en pyrimidin med en eller flere substituenter (dvs. et enkelt atom eller en gruppe atomer) bundet til et av ringets karbonatomer.
På den annen side består den kjemiske strukturen til nitrogenholdige baser avledet fra purin hovedsakelig av en dobbeltring med 9 totale atomer, hvorav 5 er karbon og 4 av dem er nitrogen. Den nevnte dobbeltringen med 9 totale atomer stammer fra sammensmeltningen av en pyridiminisk ring (dvs. pyrimidinringen) med en imidazolring (dvs. imidazolringen, en annen heterocyklisk organisk forbindelse).
Figur: struktur av imidazol.
Som kjent inneholder pyrimidinringen 6 atomer; mens imidazolringen inneholder 5. Med fusjonen har de to ringene felles to karbonatomer hver, og dette forklarer hvorfor den endelige strukturen inneholder spesielt 9 atomer.
POSISJON AV NITROGENATOM I PURIN OG PYRIMIDIN
For å forenkle studien og beskrivelsen av organiske molekyler, tenkte organiske kjemikere på å tilordne et identifikasjonsnummer til karbonene og alle andre atomer i bærestrukturer. Nummereringen starter alltid fra 1, er basert på svært spesifikke tildelingskriterier (som det er bedre å utelate her) og tjener til å fastslå posisjonen til hvert atom i molekylet.
For pyrimidiner fastslår de numeriske tildelingskriteriene at de to nitrogenatomene inntar posisjon 1 og posisjon 3, mens de 4 karbonatomene ligger i posisjon 2, 4, 5 og 6.
For puriner derimot, fastslår de numeriske tildelingskriteriene at de 4 nitrogenatomer inntar posisjon 1, 3, 7 og 9, mens de 5 karbonatomene ligger i posisjon 2, 4, 5, 6 og 8.
Posisjon i nukleotidene
Den nitrogenholdige basen til et nukleotid forbinder alltid karbonet i posisjon 1 av den tilsvarende pentosen, gjennom en kovalent N-glykosidbinding.
Spesielt,
- De nitrogenholdige baser som stammer fra pyrimidin de danner N-glykosidbindingen, gjennom nitrogenet i posisjon 1;
- Mens nitrogenholdige baser som stammer fra purin de danner N-glykosidbindingen, gjennom nitrogenet sitt i posisjon 9.
I den kjemiske strukturen til nukleotider representerer pentosen det sentrale elementet, som nitrogenbasen og fosfatgruppen binder seg til.
Den kjemiske bindingen som forbinder fosfatgruppen med pentosen er av fosfodiestertypen og involverer et oksygen fra fosfatgruppen og karbonet i posisjon 5 av pentosen.
NÅR FORMER NITROGENBASER ET NUKLEOSID?
Kombinasjonen av en nitrogenbasert base og en pentose danner et organisk molekyl som tar navnet nukleosid.
Derfor er det tilsetningen av fosfatgruppen som endrer nukleosidene til nukleotider.
Videre, i henhold til en spesiell definisjon av nukleotider, ville disse organiske forbindelsene være "nukleosider som har en eller flere fosfatgrupper knyttet til karbon 5 i den sammensatte pentosen".
Organisasjon i DNA
DNA, eller deoksyribonukleinsyre, er et stort biologisk molekyl som består av to veldig lange tråder av nukleotider (eller polynukleotid -tråder).
Disse polynukleotidfilamentene har noen egenskaper, som fortjener en spesiell omtale fordi de også påvirker de nitrogenholdige basene tett:
- De er forent med hverandre.
- De er orientert i motsatte retninger ("antiparallelle filamenter").
- De vikler seg rundt hverandre, som om de var to spiraler.
- Nukleotidene som utgjør dem har et slikt arrangement, slik at de nitrogenholdige basene er orientert mot sentralaksen til hver spiral, mens pentosene og fosfatgruppene danner det ytre stillaset til sistnevnte.
Nukleotiders entallarrangement får hver nitrogenbasert base av en av de to polynukleotidfilamentene til å forbinde, gjennom hydrogenbindinger, til en nitrogenbasert tilstedeværelse på det andre filamentet. Denne foreningen skaper derfor en sammenkobling av baser, som forbinder biologiske og genetikere. kall det paring eller basepar.
Poc "har faktisk blitt bekreftet at de to trådene er sammenføyd: for å bestemme foreningen er bindinger som eksisterer mellom de forskjellige nitrogenholdige basene til de to polynukleotidfilamentene.
KONSEPT OM KOMPLEMENTARITET MELLOM NITROGENBASER
Ved å studere strukturen av DNA fant forskerne at sammenkoblingen mellom nitrogenholdige baser er svært spesifikk.Faktisk merket de at adenin bare binder seg til tymin, mens cytosin bare binder seg til guanin.
I lys av denne oppdagelsen, myntet de begrepet "komplementaritet mellom nitrogenbaser", for å indikere den entydige bindingen mellom adenin med tymin og cytosin med guanin.
Identifiseringen av komplementær sammenkobling mellom nitrogenholdige baser representerte nøkkelen, for å forklare de fysiske dimensjonene til DNA og den spesielle stabiliteten de to polynukleotidstrengene nyter.
Den amerikanske biologen James Watson og den engelske biologen Francis Crick, i 1953, ga et avgjørende bidrag til oppdagelsen av DNA -strukturen (fra "spiralrulling av de to polynukleotidstrengene" til sammenkoblingen mellom komplementære nitrogenholdige baser).
Med formuleringen av den såkalte "double helix-modellen" hadde Watson og Crick en "utrolig intuisjon, som representerte et epokalt vendepunkt innen molekylærbiologi og genetikk.
Faktisk gjorde oppdagelsen av den eksakte strukturen til DNA det mulig å studere og forstå de biologiske prosessene som involverer deoksyribonukleinsyre: fra hvordan RNA replikerer eller dannes til hvordan det genererer proteiner.
OBLIGASJONENE SOM BINDER PARENE AV NITROGENBASER SAMMEN
Å forene to nitrogenholdige baser i et DNA -molekyl, som danner komplementære par, er en rekke kjemiske bindinger, kjent som hydrogenbindinger.
Adenin og tymin interagerer med hverandre ved hjelp av to hydrogenbindinger, mens guanin og cytosin ved hjelp av tre hydrogenbindinger.
HVOR MANGE PAAR AV NITROGENBASER INNEHOLDER EN Menneskelig DNA -molekyl?
Et generisk humant DNA -molekyl inneholder omtrent 3,3 milliarder nitrogenholdige basepar, som er omtrent 3,3 milliarder nukleotider per streng.
Figur: kjemisk interaksjon mellom adenin og tymin og mellom guanin og cytosin. Leseren kan merke posisjonen og antallet hydrogenbindinger som holder sammen de nitrogenholdige basene til to polynukleotid -tråder.
Organisasjon i RNA
I motsetning til DNA, er RNA eller ribonukleinsyre en nukleinsyre som vanligvis består av en enkelt nukleotidstreng.
Derfor er de nitrogenholdige basene som utgjør den "uparrede".
Imidlertid bør det påpekes at mangelen på en komplementær nitrogenholdig basestreng ikke utelukker muligheten for at nitrogenholdige baser av RNA kan parre seg som DNA.
Med andre ord kan de nitrogenholdige basene til en enkelt RNA -streng parre seg, i henhold til lovene om komplementaritet mellom nitrogenbaser, akkurat som nitrogenholdige baser i DNA.
Den komplementære sammenkoblingen mellom nitrogenholdige baser av to forskjellige RNA -molekyler er grunnlaget for den viktige prosessen med proteinsyntese (eller proteinsyntese).
URACILEN ERSTATTER TIMINA
I "RNA" erstatter uracil tyminet til DNA ikke bare i strukturen, men også i den komplementære sammenkoblingen: faktisk er det den nitrogenholdige basen som binder seg spesifikt til adeninet, når to forskjellige RNA -molekyler vises for funksjonelle grunner.
Biologisk rolle
Ekspresjon av gener avhenger av sekvensen av nitrogenholdige baser forbundet med DNA -nukleotidene. Gener er mer eller mindre lange segmenter av DNA (derfor segmenter av nukleotider), som inneholder informasjonen som er uunnværlig for syntesen av proteiner. Består av aminosyrer, proteiner de er biologiske makromolekyler, som spiller en grunnleggende rolle i å regulere cellens mekanismer i en organisme.
Den nitrogenholdige basesekvensen til et gitt gen spesifiserer aminosyresekvensen til det beslektede proteinet.
