Slāpekļa bāzes, kā tās sakrīt, klasifikācija un funkcijas



The slāpekļa bāzes tie ir organiskie savienojumi ar heterociklisku formu, kas bagāti ar slāpekli. Tie ir daļa no nukleīnskābju un citu bioloģiskas nozīmes molekulu strukturālajiem blokiem, piemēram, nukleozīdiem, dinukleotīdiem un intracelulāriem vēstnešiem. Citiem vārdiem sakot, slāpekļa bāzes ir daļa no vienībām, kas veido nukleīnskābes (RNS un DNS) un citas minētās molekulas..

Ir divas galvenās slāpekļa bāzes grupas: purīna bāzes vai purīni un pirimidīna bāzes vai pirimidīni. Pirmā grupa ietver adenīnu un guanīnu, bet timīns, citozīns un uracils ir pirimidīna bāzes. Parasti šīs bāzes apzīmē ar pirmo burtu: A, G, T, C un U.

DNS bloki ir A, G, T un C. Šajā pamatu pasūtījumā ir kodificēta visa nepieciešamā informācija dzīvā organisma izveidei un attīstībai. RNS komponentes ir vienādas, tikai T aizstāj ar U.

Indekss

  • 1 Struktūra un klasifikācija
    • 1.1. Pirimidīnu gredzens
    • 1.2 Purīna gredzens
  • 2 Slāpekļa bāzes īpašības
    • 2.1 Aromātiskums
    • 2.2 UV gaismas absorbcija
    • 2.3 Šķīdība ūdenī
  • 3 Bioloģiskās intereses slāpekļa bāzes
  • 4 Kā viņi vienojas?
    • 4.1. Noteikumi par maksu
  • 5 Funkcijas
    • 5.1. Nukleīnskābju strukturālie bloki
    • 5.2. Nukleozīdu trifosfātu strukturālie bloki
    • 5.3. Autobīds
    • 5.4. Regulatīvo elementu strukturālie bloki
    • 5.5 Koenzīmu strukturālie bloki
  • 6 Atsauces

Struktūra un klasifikācija

Slāpekļa bāzes ir plakanas molekulas aromātiskiem un heterocikliskiem, kas parasti ir iegūti no purīniem vai pirimidīniem..

Pirimidīnu gredzens

Pirimidīnu gredzens ir heterocikliskie aromātiskie gredzeni ar sešiem locekļiem un diviem slāpekļa atomiem. Atomi ir numurēti pēc pulksteņa rādītāja virziena.

Purīna gredzens

Purīna gredzens sastāv no divu gredzenu sistēmas: viena no tām ir strukturāli līdzīga pirimidīna gredzenam, bet otra ir līdzīga imidazola gredzenam. Šie deviņi atomi ir apvienoti vienā gredzenā.

Pirimidīnu gredzens ir plakana sistēma, bet purīni nedaudz atšķiras no šī modeļa. Starp imidazola gredzenu un pirimidīna gredzenu ir ziņots par nelielu grumbu vai grumbu..

Slāpekļa bāzes īpašības

Aromātiskums

Organiskajā ķīmijā a aromātiskais gredzens tā ir definēta kā molekula, kuras divkāršo saišu elektroniem ir brīva cirkulācija cikliskajā struktūrā. Elektronu mobilitāte gredzenā dod molekulai stabilitāti - ja salīdzinām to ar to pašu molekulu, bet ar elektroniem, kas fiksēti divkāršajās saitēs.

Šīs gredzenu sistēmas aromātiskais raksturs dod viņiem iespēju izjust fenomenu, ko sauc par keto-enolu tautomēru.

Tas nozīmē, ka purīni un pirimidīni ir tautomēros. Keto tautomēri dominē neitrālā pH līmenī uracilam, timīnam un guanīna bāzēm. Pretēji tam, enolu forma dominē citozīnam, neitrālā pH līmenī. Šis aspekts ir būtisks ūdeņraža tiltu veidošanās starp pamatiem.

UV gaismas absorbcija

Vēl viena purīnu un pirimidīnu īpašība ir to spēja spēcīgi absorbēt ultravioleto gaismu (UV gaismu). Šis absorbcijas modelis ir tiešs tās heterociklisko gredzenu aromātiskuma rezultāts.

Absorbcijas spektram ir maksimums tuvu 260 nm. Pētnieki izmanto šo modeli, lai noteiktu DNS daudzumu to paraugos.

Šķīdība ūdenī

Pateicoties slāpekļa bāzes spēcīgajam aromātiskajam raksturam, šīs molekulas praktiski nešķīst ūdenī.

Bioloģiskās intereses slāpekļa bāzes

Lai gan ir daudz slāpekļa bāzu, dzīvo organismu šūnu vidē mēs dabiski atrodam tikai dažus.

Visbiežāk sastopamie pirimidīni ir citozīns, uracils un timīns (5-metiluracils). Citozīns un timīns ir pirimidīni, kurus parasti atrodam DNS dubultā spirāle, bet citozīns un uracils ir bieži sastopami RNS. Ņemiet vērā, ka vienīgā atšķirība starp uracilu un timīnu ir metilgrupa uz oglekļa 5.

Līdzīgi visizplatītākie purīni ir adenīns (6-amino purīns) un guanīns (2-amino-6-oksi purīns). Šie savienojumi ir bagāti gan DNS, gan RNS molekulās.

Ir arī citi purīnu atvasinājumi, kas šūnā ir dabiski, starp kuriem ir ksantīns, hipoksantīns un urīnskābe. Pirmie divi ir atrodami nukleīnskābēs, bet ļoti ierobežotā un precīzā veidā. Turpretī urīnskābe nekad nav atrodama kā šo biomolekulu strukturālā sastāvdaļa.

Kā viņi mate?

DNS struktūru noskaidroja pētnieki Watson un Crick. Pateicoties savam pētījumam, bija iespējams secināt, ka DNS ir dubultā spirāle. To veido garš nukleotīdu ķēde, kas saistīta ar fosfodiestera saitēm, kurā fosfātu grupa veido tiltu starp cukura atlikumu hidroksilgrupām (-OH).

Struktūra, ko mēs tikko aprakstījām, līdzinās kāpnēm kopā ar attiecīgo margu. Slāpekļa bāzes ir kāpnes analogi, kas grupēti dubultā spirāle ar ūdeņraža tiltu palīdzību..

Ūdeņraža tilta starpā starp diviem bāzes elektronegatīvajiem atomiem ir protons. Lai izveidotu ūdeņraža tiltu, ir nepieciešams ūdeņraža atoms ar nelielu pozitīvu lādiņu un akceptoru ar nelielu negatīvu lādiņu..

Tilts veidojas starp H un O. Šīs saiknes ir vājas, un tām jābūt, jo DNS ir jāatver, lai to varētu atkārtot.

Chargaff's Noteikums

Bāzes pāri veido ūdeņraža saites pēc šāda purīna-pirimidīna pārošanās modeļa, kas pazīstams kā Chargaff noteikums: guanīna pāri ar citozīnu un adenīnu ar timīnu.

GC pāris veido trīs ūdeņraža atomus kopā, bet AT pāriem ir tikai divi tilti. Tādējādi mēs varam prognozēt, ka DNS ar augstāku GC saturu būs stabilāka.

Katra ķēde (vai rokturi mūsu analoģijā) darbojas pretējos virzienos: viens 5 '→ 3' un otrs 3 '→ 5'.

Funkcijas

Nukleīnskābju strukturālie bloki

Organiskās būtnes ir kāda veida biomolekulas, ko sauc par nukleīnskābēm. Tie ir polimēri ar ievērojamu izmēru, kas veidoti no atkārtotiem monomēriem: nukleotīdi, kas apvienoti ar īpaša veida saiti, ko sauc par fosfodiesteru saiti. Tos iedala divos pamatveidos: DNS un RNS.

Katru nukleotīdu veido fosfātu grupa, cukurs (dezoksiribozes tipa DNS un riboze RNS), un viens no pieciem slāpekļa bāzes: A, T, G, C un U. , molekulu sauc par nukleozīdu.

DNS

DNS ir dzīvo būtņu ģenētiskais materiāls (izņemot dažus vīrusus, kas galvenokārt izmanto RNS). Izmantojot 4 bāzes bāzes kodu, DNS ir visu organismu proteīnu secība, turklāt elementi, kas regulē to pašu izpausmi..

DNS struktūrai jābūt stabilai, jo organismi to izmanto, lai šifrētu informāciju. Tomēr tā ir molekula, kas ir pakļauta pārmaiņām, ko sauc par mutācijām. Šīs izmaiņas ģenētiskajā materiālā ir evolūcijas pārmaiņu pamatmateriāls.

RNS

Tāpat kā DNS, RNS ir nukleotīdu polimērs, izņemot to, ka bāzes T aizstāj U. Šī molekula ir vienkāršas joslas formā un atbilst plašam bioloģisko funkciju klāstam..

Šūnā ir trīs galvenās RNS. Messenger RNS ir starpnieks starp DNS un proteīnu veidošanos. Viņš ir atbildīgs par informācijas kopēšanu DNS un to nogādāšanu olbaltumvielu tulkošanas iekārtās. Ribosomu RNS, otrais veids, veido šīs sarežģītās iekārtas strukturālo daļu.

Trešais veids vai pārneses RNS ir atbildīgs par aminoskābju atlikumu, kas ir piemēroti proteīnu sintēzei.

Papildus trim "tradicionālajām" RNS ir daudz mazu RNS, kas iesaistītas gēnu ekspresijas regulēšanā, jo šūnā visi DNS DNS kodētie gēni nav pastāvīgi un tādā pašā apjomā..

Ir nepieciešams, lai organismiem būtu iespējas regulēt savus gēnus, ti, izlemt, vai tie ir izteikti vai nē. Līdzīgi, ģenētiskais materiāls sastāv tikai no vārdnīcu vārdiem spāņu valodā, un regulēšanas mehānisms ļauj veidot literāru darbu.

Nukleozīdu trifosfātu strukturālie bloki

Slāpekļa bāzes ir daļa no nukleozīdu trifosfātiem - molekulas, kas, tāpat kā DNS un RNS, ir bioloģiski nozīmīga. Papildus bāzei tas sastāv no pentozes un trim fosfātu grupām, kas ir savienotas kopā ar augstas enerģijas obligācijām..

Pateicoties šīm saitēm, nukleozīdu trifosfāti ir enerģiju bagātas molekulas, un tie ir galvenie metabolisko ceļu produkti, kas meklē enerģiju. Viens no visbiežāk izmantotajiem ir ATP.

ATP vai adenozīna trifosfātu veido slāpekļa adenīna bāze, kas saistīta ar pentozes tipa cukura 1. vietā esošu oglekli: ribozi. Šā ogļhidrāta piecās pozīcijā trīs fosfātu grupas ir saistītas.

Kopumā ATP ir šūnu enerģijas valūta, jo to var ātri izmantot un atjaunot. Daudzi metaboliskie ceļi, kas ir kopīgi bioloģiskās būtnes, izmanto un ražo ATP.

Tās "jauda" ir balstīta uz augstas enerģijas obligācijām, ko veido fosfātu grupas. Šo grupu negatīvie lādiņi pastāvīgi atbaidās. Ir arī citi iemesli, kas veicina hidrolīzi ATP, ieskaitot stabilizāciju ar rezonansi un solvāciju..

Automātiskais

Lai gan vairumam nukleozīdu trūkst nozīmīgas bioloģiskās aktivitātes, adenozīns zīdītājiem ir nozīmīgs izņēmums. Tas darbojas kā autakoids, kas ir analogs "vietējam hormonam" un kā neiromodulatoram.

Šis nukleozīds brīvi cirkulē asinsritē un darbojas lokāli, ietekmējot asinsvadu paplašināšanos, gludo muskuļu kontrakcijas, neironu izplūdi, neirotransmitera izdalīšanos un tauku metabolismu. Tas ir saistīts arī ar sirdsdarbības ātruma regulēšanu.

Šī molekula ir arī iesaistīta miega modeļu regulēšanā. Adenozīna koncentrācija palielinās un veicina nogurumu. Tas ir iemesls, kāpēc kofeīns palīdz mums nomodā: tas bloķē neironu mijiedarbību ar ekstracelulāro adenozīnu.

Regulatīvo elementu strukturālie bloki

Ievērojams daudzums šūnās sastopamo vielmaiņas ceļu ir regulējošiem mehānismiem, kuru pamatā ir ATP, ADP un AMP līmenis. Divām pēdējām molekulām ir tāda pati ATP struktūra, bet tās ir zaudējušas attiecīgi vienu un divas fosfātu grupas.

Kā minēts iepriekšējā sadaļā, ATP ir nestabila molekula. Šūnai jāiegūst ATP tikai tad, kad tas ir nepieciešams, jo tas ir jāizmanto ātri. ATP pats par sevi ir arī elements, kas regulē vielmaiņas ceļus, jo tā klātbūtne šūnai norāda, ka tai nevajadzētu ražot vairāk ATP..

Turpretī tā hidrolizētie atvasinājumi (AMP) brīdina šūnu, ka ATP ir beigušies, un tam vajadzētu radīt vairāk. Tādējādi AMP aktivizē enerģijas ražošanas vielmaiņas ceļus, piemēram, glikolīzi.

Tāpat daudzus hormonu signālus (piemēram, tos, kas iesaistīti glikogēna metabolismā) intracelulāri mediē cAMP molekulas (c ir cikliska) vai līdzīgu variantu, bet ar guanīnu tās struktūrā: cGMP.

Koenzīmu strukturālie bloki

Vairākos metabolisko ceļu posmos fermenti nevar darboties atsevišķi. Viņiem ir vajadzīgas papildu molekulas, lai varētu izpildīt savas funkcijas; šie elementi tiek saukti par koenzīmiem vai līdz substrātiem, pēdējais termins ir piemērotāks, jo koenzīms nav katalītiski aktīvs.

Šajās katalītiskajās reakcijās ir nepieciešams nodot elektronus vai atomu grupu uz citu substrātu. Palīgmolekulas, kas piedalās šajā parādībā, ir koenzīms.

Slāpekļa bāzes ir minēto kofaktoru strukturālie elementi. Viens no atzītākajiem ir pirimidīna nukleotīdi (NAD).+, NADP+), FMN, FAD un koenzīms A. Tie piedalās ļoti nozīmīgos vielmaiņas ceļos, piemēram, glikolīzi, Krebsa ciklu, fotosintēzi, cita starpā.

Piemēram, pirimidīna nukleotīdi ir ļoti svarīgi fermentu koenzīms ar dehidrogenāzes aktivitāti un ir atbildīgi par hidrīda jonu transportēšanu..

Atsauces

  1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, A.D., Lewis, J., Raff, M., ... & Walter, P. (2013). Essential šūnu bioloģija. Garland Zinātne.
  2. Cooper, G. M., & Hausman, R. E. (2007). Šūna: molekulārā pieeja. Washington, DC, Sunderland, MA.
  3. Griffiths, A. J. (2002). Mūsdienu ģenētiskā analīze: gēnu un genomu integrēšana. Macmillan.
  4. Griffiths, A.J., Wessler, S.R., Lewontin, R.C., Gelbarts, W.M., Suzuki, D.T., & Millers, J.H.. Ievads ģenētiskajā analīzē. Macmillan.
  5. Koolman, J., & Röhm, K. H. (2005). Bioķīmija: teksts un atlants. Ed. Panamericana Medical.
  6. Passarge, E. (2009). Ģenētiskais teksts un atlants. Ed. Panamericana Medical.