Općenitost
Dušikove baze su aromatični heterociklični organski spojevi koji sadrže atome dušika, a koji sudjeluju u stvaranju nukleotida.
Plodovi sjedinjenja dušične baze, pentoze (tj. Šećera s 5 atoma ugljika) i fosfatne skupine, nukleotidi su molekularne jedinice koje čine DNK i RNK nukleinskih kiselina.
U DNA su dušične baze: adenin, gvanin, citozin i timin; u "RNA su isti, osim timina, na čijem je mjestu c" dušikova baza koja se zove uracil.
Za razliku od RNA, dušične baze DNA tvore uparivanje ili parove baza.Prisutnost takvog uparivanja moguća je jer DNA ima dvolančanu strukturu nukleotida.
Ekspresija gena ovisi o slijedu dušikovih baza spojenih s nukleotidima DNA.
Što su dušične baze?
Dušikove baze su organske molekule koje sadrže dušik, a koje sudjeluju u stvaranju nukleotida.
Svaki od dušičnih baza, 5-ugljikovog šećera (pentoza) i fosfatne skupine, nukleotidi su molekularne jedinice koje čine DNK i RNK nukleinskih kiselina.
Nukleinske kiseline DNA i RNA su biološke makromolekule o kojima ovisi razvoj i pravilno funkcioniranje stanica živog bića.
DUŠIKOVE BAZE NUKLEINSKIH KISELINA
Dušične baze koje čine DNK i RNK nukleinske kiseline su: adenin, gvanin, citozin, timin i uracil.
Adenin, gvanin i citozin zajednički su za obje nukleinske kiseline, odnosno dio su i nukleotida DNA i nukleotida RNA. Timin je ekskluzivan za DNK, dok je uracil ekskluzivan za RNK.
Ukratko, stoga dušične baze koje tvore nukleinsku kiselinu (bila to DNA ili RNA) pripadaju 4 različite vrste.
SKRAĆENICE DUŠIKOVIH BAZA
Kemičari i biolozi smatrali su prikladnim skraćivati nazive dušikovih baza jednim slovom abecede, pa su na taj način olakšali i ubrzali predstavljanje i opis nukleinskih kiselina u tekstovima.
L "adenin poklapa se s velikim slovom A; gvanin s velikim slovom G; citozin s velikim slovom C; timin s velikim slovom T; konačno, l" uracil s velikim slovom U.
Klase i struktura
Postoje dvije klase dušikovih baza: klasa dušikovih baza koje potječu od pirimidina i klasa dušičnih baza koje potječu od purina.
Slika: generička kemijska struktura pirimidina i purina.
Dušične baze koje potječu od pirimidina poznate su i pod alternativnim nazivima: pirimidinske ili pirimidinske dušične baze; dok su dušične baze koje proizlaze iz purina poznate i s alternativnim izrazima: purin ili purinske dušične baze.
Citozin, timin i uracil pripadaju klasi dušičnih baza pirimidina; Adenin i gvanin, s druge strane, čine klasu dušičnih baza purina.
Primjeri derivata purina, osim dušikovih baza DNA i RNA
Među derivatima purina postoje i organski spojevi koji nisu dušične baze DNK i RNK. Na primjer, spojevi poput kofeina, ksantina, hipoksantina, teobromina i mokraćne kiseline spadaju u gornju kategoriju.
ŠTO SU BAZE DUŠIKA S KEMIJSKOG STANIŠTA?
Organski kemičari definiraju dušikove baze i sve derivate purina i pirimidina kao aromatske heterociklične spojeve.
- Heterociklički spoj je organski prsten (ili ciklički) spoj koji u gore spomenutom prstenu ima jedan ili više atoma osim ugljika. U slučaju purina i pirimidina, atomi osim ugljika su atomi dušika.
- Aromatski spoj je organski prstenasti spoj koji ima strukturne i funkcionalne karakteristike slične onima benzena.
STRUKTURA
Slika: kemijska struktura benzena.
Kemijska struktura dušikovih baza izvedenih iz pirimidina sastoji se uglavnom od jednog prstena sa 6 atoma, od kojih su 4 ugljik, a 2 dušik.
Zapravo, dušikova baza pirimidina je pirimidin s jednim ili više supstituenata (tj. Jednim atomom ili skupinom atoma) vezanim za jedan od atoma ugljika u prstenu.
S druge strane, kemijska struktura dušikovih baza izvedenih iz purina sastoji se uglavnom od dvostrukog prstena s 9 ukupnih atoma, od kojih je 5 ugljik, a 4 dušik. Gore spomenuti dvostruki prsten s ukupno 9 atoma proizlazi iz fuzije piridiminskog prstena (tj. Pirimidinskog prstena) s imidazolskim prstenom (tj. Imidazolskim prstenom, drugim heterocikličkim organskim spojem).
Slika: struktura imidazola.
Kao što je poznato, pirimidinski prsten sadrži 6 atoma; dok imidazolski prsten sadrži 5. S fuzijom dva prstena stavljaju zajednička dva ugljikova atoma i to objašnjava zašto konačna struktura sadrži, konkretno, 9 atoma.
POLOŽAJ ATOMA DUŠIKA U PURINIMA I PIRIMIDINIMA
Kako bi pojednostavili proučavanje i opis organskih molekula, organski kemičari razmišljali su dodijeliti identifikacijski broj ugljiku i svim ostalim atomima nosivih struktura. Numeriranje uvijek počinje od 1, temelji se na vrlo specifičnim kriterijima dodjele (koje je ovdje bolje izostaviti) i služi za utvrđivanje položaja svakog atoma unutar molekule.
Za pirimidine, kriteriji numeričke dodjele utvrđuju da 2 atoma dušika zauzimaju položaj 1 i položaj 3, dok se 4 atoma ugljika nalaze u položajima 2, 4, 5 i 6.
S druge strane, za purine kriteriji numeričke dodjele utvrđuju da 4 atoma dušika zauzimaju položaj 1, 3, 7 i 9, dok 5 atoma ugljika borave u položaju 2, 4, 5, 6 i 8.
Položaj u nukleotidima
Dušikova baza nukleotida uvijek se pridružuje ugljiku u položaju 1 odgovarajuće pentoze, kroz kovalentnu N-glikozidnu vezu.
Posebno,
- The dušične baze koje potječu od pirimidina tvore N-glikozidnu vezu, kroz dušik u položaju 1;
- Dok dušične baze koje potječu od purina oni tvore N-glikozidnu vezu, kroz dušik u položaju 9.
U kemijskoj strukturi nukleotida pentoza predstavlja središnji element za koji se vežu dušikova baza i fosfatna skupina.
Kemijska veza koja povezuje fosfatnu skupinu s pentozom je tipa fosfodiestera i uključuje kisik fosfatne skupine i ugljik u položaju 5 pentoze.
KADA OSNOVE DUŠIKA TVORI NUKLEOZID?
Kombinacija dušikove baze i pentoze tvori organsku molekulu koja je dobila naziv nukleozid.
Dakle, dodavanje fosfatne skupine mijenja nukleozide u nukleotide.
Štoviše, prema određenoj definiciji nukleotida, ti bi organski spojevi bili "nukleozidi koji imaju jednu ili više fosfatnih skupina povezanih s ugljikom 5 sastavne pentoze".
Organizacija u DNK
DNA, ili deoksiribonukleinska kiselina, velika je biološka molekula sastavljena od dva vrlo dugačka lanca nukleotida (ili polinukleotidnih niti).
Ovi polinukleotidni filamenti imaju neke karakteristike koje zaslužuju posebno spomenuti jer također blisko utječu na dušične baze:
- Oni su međusobno sjedinjeni.
- Orijentirani su u suprotnim smjerovima ("antiparalelni niti").
- Obavijaju se jedno oko drugog, kao da su dvije spirale.
- Nukleotidi koji ih čine imaju takav raspored, tako da su dušične baze orijentirane prema središnjoj osi svake spirale, dok pentoze i fosfatne skupine tvore vanjsku skelu potonje.
Jedinstveni raspored nukleotida uzrokuje da se svaka dušikova baza jedne od dvije polinukleotidne niti, preko vodikovih veza, spoji s dušikovom bazom prisutnom na drugoj niti. Ovo sjedinjenje, dakle, stvara uparivanje baza, povezujući biološke i genetičare nazovite to uparivanjem ili baznim parom.
Poc "doista je potvrđeno da su dvije niti spojene: da bi se odredilo sjedinjenje postoje veze koje postoje između različitih dušikovih baza dviju polinukleotidnih niti.
POJAM DOPUNJENOSTI IZMEĐU BAZIČNIH BAZA
Proučavajući strukturu DNK, istraživači su otkrili da je uparivanje između dušikovih baza vrlo specifično. Zapravo, primijetili su da se adenin veže samo za timin, dok se citozin veže samo za gvanin.
U svjetlu ovog otkrića, skovali su izraz "komplementarnost između dušikovih baza", kako bi ukazali na jednoznačnu vezu između adenina s timinom i citozina s gvaninom.
Identifikacija komplementarnog uparivanja između dušikovih baza predstavljala je kamen temeljac za objašnjenje fizičkih dimenzija DNA i posebnu stabilnost koju uživaju dva polinukleotidna lanca.
Američki biolog James Watson i engleski biolog Francis Crick 1953. dali su odlučujući doprinos otkriću strukture DNK (od "spiralnog namotavanja dva polinukleotidna lanca" do uparivanja između komplementarnih dušikovih baza).
Formuliranjem takozvanog "modela dvostruke spirale" Watson i Crick su imali "nevjerojatnu intuiciju, koja je predstavljala epohalnu prekretnicu u području molekularne biologije i genetike.
Zapravo, otkriće točne strukture DNA omogućilo je proučavanje i razumijevanje bioloških procesa koji uključuju deoksiribonukleinsku kiselinu: od načina na koji se RNA replicira ili stvara do načina na koji stvara proteine.
VEZE KOJE ZAJEDNO POVEZUJU PAROVE BAZA DUHIKA
Za ujedinjavanje dviju dušikovih baza u molekuli DNA, tvoreći komplementarne parove, niz je kemijskih veza, poznatih kao vodikove veze.
Adenin i timin međusobno djeluju pomoću dvije vodikove veze, dok gvanin i citozin pomoću tri vodikove veze.
KOLIKO PAROVA BAZA DUŠIKA SADRŽI MOLEKULA LJUDSKE DNK?
Generička molekula ljudske DNA sadrži oko 3,3 milijarde parova dušikovih baza, što je oko 3,3 milijarde nukleotida po lancu.
Slika: kemijska interakcija između adenina i timina te između gvanina i citozina. Čitatelj može zabilježiti položaj i broj vodikovih veza koje drže zajedno dušične baze dviju polinukleotidnih niti.
Organizacija u RNA
Za razliku od DNA, RNA ili ribonukleinska kiselina je nukleinska kiselina koja se obično sastoji od jedne niti nukleotida.
Stoga su dušikove baze koje ga čine "nesparene".
Međutim, valja istaknuti da nedostatak komplementarne nit dušične baze ne isključuje mogućnost da se dušikove baze RNA mogu upariti kao i DNA.
Drugim riječima, dušične baze jednog lanca RNA mogu se upariti, u skladu sa zakonima komplementarnosti između dušikovih baza, baš kao i dušikove baze DNA.
Komplementarno uparivanje između dušikovih baza dviju različitih molekula RNA temelj je važnog procesa sinteze proteina (ili sinteze proteina).
URACILIL ZAMJENUJE TIMINU
U "RNA", uracil zamjenjuje timin DNK ne samo u strukturi, već i u komplementarnom uparivanju: zapravo, to je dušikova baza koja se specifično veže za adenin, kada se dvije različite molekule RNA pojavljuju za funkcionalne razloga.
Biološka uloga
Ekspresija gena ovisi o slijedu dušikovih baza spojenih s DNK nukleotidima. Geni su manje -više dugi segmenti DNA (dakle segmenti nukleotida), koji sadrže informacije neophodne za sintezu proteina. Sačinjene od aminokiselina, proteini, oni su biološke makromolekule, koje igraju temeljnu ulogu u regulaciji staničnih mehanizama organizma.
Slijed dušične baze određenog gena određuje aminokiselinsku sekvencu srodnog proteina.
