Nitrogén bázisok

Általánosság

A nitrogénbázisok aromás heterociklusos szerves vegyületek, amelyek nitrogénatomot tartalmaznak, és részt vesznek a nukleotidok felépítésében.
A nitrogénbázis, a pentóz (azaz 5 szénatomos cukor) és a foszfátcsoport egyesítésének gyümölcse, a nukleotidok azok a molekuláris egységek, amelyek a DNS és az RNS nukleinsavakat alkotják.
A DNS -ben a nitrogénbázisok a következők: adenin, guanin, citozin és timin; az "RNS -ben" azonosak, kivéve a timint, amelynek helyén c "egy uracil nevű nitrogénbázis.
Az RNS-ével ellentétben a DNS nitrogénbázisai párosítást vagy bázispárokat képeznek, ilyen párosítás azért lehetséges, mert a DNS kettős szálú nukleotidszerkezettel rendelkezik.
A génexpresszió a DNS nukleotidokhoz kapcsolt nitrogénbázisok szekvenciájától függ.

Mik azok a nitrogénbázisok?

A nitrogénbázisok a nitrogént tartalmazó szerves molekulák, amelyek részt vesznek a nukleotidok felépítésében.
A nitrogénbázisból, egy 5 szénatomos cukorból (pentóz) és egy foszfátcsoportból álló nukleotidok azok a molekuláris egységek, amelyek a DNS és az RNS nukleinsavakat alkotják.
A DNS és az RNS nukleinsavak azok a biológiai makromolekulák, amelyeken egy élőlény sejtjeinek fejlődése és megfelelő működése függ.

A nukleinsavak nitrogénbázisai

A DNS és RNS nukleinsavak nitrogénbázisai: adenin, guanin, citozin, timin és uracil.
Az adenin, a guanin és a citozin mindkét nukleinsavban közös, azaz mind a DNS nukleotidok, mind az RNS nukleotidok részei. A timin kizárólag a DNS -re, míg az uracil kizárólag az RNS -re vonatkozik.
Röviden összefoglalva tehát a nukleinsavat alkotó nitrogénbázisok (legyen az DNS vagy RNS) 4 különböző típusba tartoznak.

NITROGÉNBÁZISOK RÖVIDÍTÉSEI

A vegyészek és biológusok helyénvalónak tartották, hogy a nitrogénbázisok nevét egyetlen ábécé betűvel lerövidítsék, és ezáltal megkönnyítették és gyorsabbá tették a szövegekben a nukleinsavak ábrázolását és leírását.
Az L "adenin egybeesik az A nagybetűvel; a guanin a nagy G betűvel; a citozin a C nagybetűvel; a timin a T nagybetűvel; végül az l" uracil az U nagy betűvel.

Osztályok és szerkezet

A nitrogénbázisoknak két osztálya van: a pirimidinből származó nitrogénbázisok osztálya és a purinból származó nitrogénbázisok osztálya.

Ábra: a pirimidin és a purin általános kémiai szerkezete.

A pirimidinből származó nitrogénbázisokat más néven is ismerjük: pirimidin vagy pirimidin nitrogénbázisok; míg a purinból származó nitrogénbázisok a következő purin vagy purin nitrogénbázisok alternatív kifejezésekkel is ismertek.
A citozin, a timin és az uracil a pirimidin nitrogénbázisok osztályába tartoznak; az adenin és a guanin viszont a purin nitrogénbázisok osztályát alkotja.

Példák purinszármazékokra, kivéve a DNS és az RNS nitrogénbázisát
A purinszármazékok között vannak olyan szerves vegyületek is, amelyek nem a DNS és az RNS nitrogénbázisai. Például olyan vegyületek tartoznak a fenti kategóriába, mint a koffein, xantin, hipoxantin, teobromin és húgysav.

MILYEN NITROGÉZ BÁZISOK A KÉMIAI LÁTÓLAPOTBÓL?

A szerves vegyészek aromás heterociklusos vegyületekként határozzák meg a nitrogénbázisokat, valamint a purin és a pirimidin összes származékát.

• A heterociklusos vegyület olyan szerves (vagy ciklikus) gyűrűs vegyület, amely a fent említett gyűrűben egy vagy több szénatomtól eltérő atomot tartalmaz. Purinok és pirimidinek esetében a szénatomon kívül más atomok a nitrogénatomok.
• Az aromás vegyület olyan szerves gyűrűs vegyület, amelynek szerkezeti és funkcionális jellemzői hasonlóak a benzoléhoz.

SZERKEZET

Ábra: A benzol kémiai szerkezete.

A pirimidinből származó nitrogénbázisok kémiai szerkezete főként egyetlen gyűrűből áll, amely 6 atom, ebből 4 szén és 2 nitrogén.

Valójában a pirimidin -nitrogénbázis egy pirimidin, amely egy vagy több szubsztituenst (azaz egyetlen atomot vagy atomcsoportot) köt a gyűrű egyik szénatomjához.
Másrészről a purinból származó nitrogénbázisok kémiai szerkezete főleg egy kettős gyűrűből áll, összesen 9 atommal, amelyek közül 5 szén és 4 nitrogén. A fent említett kettős gyűrű 9 teljes atommal egy piridimingyűrű (azaz a pirimidingyűrű) és egy imidazolgyűrű (azaz az imidazolgyűrű, egy másik heterociklusos szerves vegyület) fúziójából származik.

Ábra: az imidazol szerkezete.

Mint ismeretes, a pirimidingyűrű 6 atomot tartalmaz; míg az imidazolgyűrű 5. A fúzióval a két gyűrű közösen két -két szénatomot tartalmaz, és ez megmagyarázza, hogy a végső szerkezet miért tartalmaz konkrétan 9 atomot.

NITROGÉN -ATOMOK POZÍCIÓJA PURIN -OKBAN ÉS PIRIMIDINEKBEN

A szerves molekulák tanulmányozásának és leírásának egyszerűsítése érdekében a szerves vegyészek úgy gondoltak, hogy azonosító számot rendelnek a szénhez és a tartószerkezetek összes többi atomjához. A számozás mindig 1 -től kezdődik, nagyon specifikus hozzárendelési kritériumokon alapul (amelyeket itt jobb elhagyni), és arra szolgál, hogy meghatározza az egyes atomok helyzetét a molekulán belül.
A pirimidinek esetében a numerikus hozzárendelési kritériumok megállapítják, hogy a 2 nitrogénatom az 1. és a 3. pozíciót foglalja el, míg a 4 szénatom a 2., 4., 5. és 6. pozícióban található.
A purinok esetében viszont a numerikus hozzárendelési kritériumok megállapítják, hogy a 4 nitrogénatom az 1., 3., 7. és 9. pozíciót foglalja el, míg az 5 szénatom a 2., 4., 5., 6. és 8. pozícióban van.

Helyzet a nukleotidokban

A nukleotid nitrogénbázisa mindig a megfelelő pentóz 1. pozíciójában lévő szénhez kapcsolódik, kovalens N-glikozidos kötésen keresztül.
Különösen,

• Az nitrogénbázisok, amelyek pirimidinből származnak nitrogénatomjukon keresztül az N-glikozidos kötést képezik;
• Amíg a purinból származó nitrogénbázisok N-glikozidos kötést képeznek a 9-es helyzetű nitrogénük révén.

A nukleotidok kémiai szerkezetében a pentóz jelenti a központi elemet, amelyhez a nitrogénbázis és a foszfátcsoport kötődik.
A foszfátcsoportot a pentózzal összekötő kémiai kötés foszfodiészter típusú, és magában foglalja a foszfátcsoport oxigénjét és a pentóz 5. helyzetében lévő szenet.

MIKOR KÉPEZNEK A NITROGÉN BÁZISOK NUKLEOZIDOT?

A nitrogéntartalmú bázis és a pentóz kombinációja szerves molekulát képez, amely a nukleozid nevet viseli.
Ezért a foszfátcsoport hozzáadása a nukleozidokat nukleotidokká változtatja.
Ezenkívül a nukleotidok meghatározott definíciója szerint ezek a szerves vegyületek "nukleozidok", amelyek egy vagy több foszfátcsoportot tartalmaznak a pentóz 5 -ös szénjéhez kötve.

Szervezet a DNS -ben

A DNS vagy a dezoxiribonukleinsav egy nagy biológiai molekula, amely két nagyon hosszú nukleotidszálból (vagy polinukleotidszálból) áll.
Ezeknek a polinukleotidszálaknak van néhány jellemzőjük, amelyek külön említést érdemelnek, mivel szorosan befolyásolják a nitrogénbázisokat is:

• Egységesek egymással.
• Ezek ellentétes irányúak ("párhuzamos ellenszálak").
• Úgy tekerednek egymás köré, mintha két spirál lennének.
• Az őket alkotó nukleotidok olyan elrendezésűek, hogy a nitrogénbázisok az egyes spirálok középtengelye felé irányulnak, míg a pentózok és a foszfátcsoportok az utóbbi külső állványait alkotják.
  A nukleotidok szinguláris elrendezése miatt a két polinukleotidszál egyikének minden nitrogénbázisa hidrogénkötéseken keresztül a másik szálon lévő nitrogénbázishoz kapcsolódik. Ez az egyesülés tehát bázispárosítást hoz létre, párosítva a biológiai és genetikusokat nevezzük párosításnak vagy alappárnak.
  Poc "valóban megerősítették, hogy a két szál össze van kötve: az egyesülés meghatározásához a két polinukleotidszál különböző nitrogénbázisai között meglévő kötéseket kell meghatározni.

A NITROGÉNBÁZSOK KÖZÖTT KIEGÉSZÍTŐSÉG FOGALMA

A DNS szerkezetének tanulmányozása során a kutatók azt találták, hogy a nitrogénbázisok közötti párosítás nagyon specifikus, sőt észrevették, hogy az adenin csak a timinnek, míg a citozin csak a guaninhoz kötődik.
Ennek a felfedezésnek a fényében megalkották a „komplementaritás a nitrogénbázisok között” kifejezést, jelezve az adenin és a timin, valamint a citozin és a guanin közötti egyértelmű kötést.
A nitrogénbázisok közötti komplementer párosítás azonosítása jelentette a zárókövet, hogy megmagyarázza a DNS fizikai méreteit és a két polinukleotid szál különleges stabilitását.

James Watson amerikai biológus és Francis Crick angol biológus 1953 -ban döntően hozzájárultak a DNS szerkezetének felfedezéséhez (a "két polinukleotid szál spirális tekercselésétől" a komplementer nitrogénbázisok párosításáig).
Az úgynevezett „kettős hélix modell” megfogalmazásával Watson és Crick „hihetetlen intuícióval rendelkezett, amely korszakos fordulópontot jelentett a molekuláris biológia és a genetika területén.
Valójában a DNS pontos szerkezetének felfedezése lehetővé tette a dezoxiribonukleinsavval kapcsolatos biológiai folyamatok tanulmányozását és megértését: az RNS replikációjától vagy kialakulásától a fehérjék előállításáig.

A NITROGÉNBÁZISOK PÁRÁT EGYÜTT KÖTŐ KÖTÉSEK

Két nitrogénbázist egyesíteni egy DNS -molekulában, amelyek komplementer párokat képeznek, kémiai kötések sorozata, más néven hidrogénkötések.
Az adenin és a timin két hidrogénkötés, míg a guanin és a citozin három hidrogénkötés révén lép kölcsönhatásba egymással.
HÁNY NITROGÉNBÁZISPÁRT TARTALMAZ AZ EMBERI DNS MOLEKULA?
Egy általános emberi DNS -molekula körülbelül 3,3 milliárd nitrogénbázispárt tartalmaz, ami körülbelül 3,3 milliárd nukleotidot tartalmaz szálonként.

Ábra: kémiai kölcsönhatás az adenin és a timin, valamint a guanin és a citozin között. Az olvasó megjegyezheti a két polinukleotid szál nitrogénbázisát összetartó hidrogénkötések helyzetét és számát.

Szervezet az RNS -ben

A DNS -sel ellentétben az RNS vagy ribonukleinsav egy nukleinsav, amely általában egyetlen szál nukleotidból áll.
Ezért az azt alkotó nitrogénbázisok "párosítatlanok".
Meg kell azonban jegyezni, hogy a komplementer nitrogénbázisú szál hiánya nem zárja ki annak lehetőségét, hogy az RNS nitrogénbázisai a DNS -hez hasonlóan párosodjanak.
Más szavakkal, egyetlen RNS szál nitrogénbázisai párosulhatnak a nitrogénbázisok közötti komplementaritás törvényei szerint, akárcsak a DNS nitrogénbázisai.
A két különböző RNS molekula nitrogénbázisai közötti komplementer párosítás a fehérjeszintézis (vagy fehérjeszintézis) fontos folyamatának alapja.

AZ URACILE CSERÉL TIMINA

Az "RNS" -ben az uracil nemcsak a szerkezetben, hanem a komplementer párosításban is helyettesíti a DNS timint: valójában a nitrogénbázis kötődik specifikusan az adeninhez, amikor két különböző RNS -molekula jelenik meg a működés szempontjából okok miatt.

Biológiai szerep

A gének expressziója a DNS nukleotidokhoz kapcsolt nitrogénbázisok szekvenciájától függ. A gének többé -kevésbé hosszú DNS -szegmensek (tehát nukleotidszegmensek), amelyek a fehérjék szintéziséhez nélkülözhetetlen információkat tartalmazzák. A fehérjék biológiai makromolekulák, amelyek alapvető szerepet játszanak a szervezet sejtmechanizmusainak szabályozásában.
Egy adott gén nitrogénbázis -szekvenciája határozza meg a rokon fehérje aminosav -szekvenciáját.