Азотичні підстави, як вони сполучені, класифікуються і функціонують

The азотисті основи вони є органічними сполуками гетероциклічної форми, багатими азотом. Вони є частиною структурних блоків нуклеїнових кислот та інших молекул біологічного інтересу, таких як нуклеозиди, динуклеотиди і внутрішньоклітинні месенджери. Іншими словами, азотисті основи є частиною одиниць, які утворюють нуклеїнові кислоти (РНК і ДНК), а інші згадані молекули.

Існують дві основні групи азотистих основ: пуринові основи або пурини і піримідинові основи або піримідини. До першої групи належать аденін і гуанін, тоді як тимін, цитозин і урацил є піримідиновими підставами. Взагалі ці бази позначаються їхньою першою буквою: A, G, T, C і U.

Блоки ДНК A, G, T і C. У цьому упорядкуванні баз кодифікована вся необхідна інформація для побудови та розвитку живого організму. У РНК компоненти є однаковими, тільки те, що Т замінюється на U.

Індекс

• 1 Структура та класифікація
  • 1.1 Кільце піримідинів
  • 1.2 Пуринове кільце
• 2 Властивості азотистих основ
  • 2.1 Ароматичність
  • 2.2 Абсорбція УФ світла
  • 2.3 Розчинність у воді
• 3 Азотні основи біологічного інтересу
• 4 Як вони спарюються?
  • 4.1 Правило Чаргафа
• 5 Функції
  • 5.1 Структурні блоки нуклеїнових кислот
  • 5.2 Структурні блоки нуклеозидтрифосфатов
  • 5.3 Autacoid
  • 5.4 Структурні блоки регуляторних елементів
  • 5.5 Структурні блоки коферментів
• 6 Посилання

Структура та класифікація

Азотисті основи являють собою плоскі молекули ароматичного і гетероциклічного типу, які зазвичай отримують з пуринів або піримідинів..

Кільце піримідинів

Кільцем піримідинів є гетероциклічні ароматичні кільця з шістьма членами і двома атомами азоту. Атоми нумеруються за годинниковою стрілкою.

Пуринове кільце

Пуринове кільце складається з системи з двома кільцями: одна структурно подібна до піримідинового кільця, а інша подібна до імідазольного кільця. Ці дев'ять атомів злиті в одне кільце.

Кільце піримідинів є плоскою системою, а пурини трохи відхиляються від цієї картини. Невелика складка або зморщування повідомляється між імідазольним кільцем і піримідиновим кільцем..

Властивості азотистих основ

Ароматичність

В органічній хімії, а ароматичне кільце вона визначається як молекула, електрони якої мають вільну циркуляцію в циклічній структурі. Рухливість електронів усередині кільця дає стійкість до молекули - якщо порівняти її з тією ж молекулою - але з електронами, зафіксованими в подвійних зв'язках..

Ароматична природа цієї кільцевої системи дає їм можливість відчути явище, яке називається кето-еноль таутомера.

Тобто пурини і піримідини існують в таутомерних парах. Кето таутомери переважають при нейтральному рН для урацильних, тиминових і гуанінових підстав. На відміну від цього, енольна форма є переважною для цитозину, при нейтральному pH. Цей аспект є фундаментальним для формування водневих мостів між основами.

Поглинання УФ-світла

Іншою властивістю пуринів і піримідинів є їх здатність сильно поглинати ультрафіолетове світло (УФ-світло). Ця картина поглинання є прямим наслідком ароматичності її гетероциклічних кілець.

Спектр поглинання має максимум, близький до 260 нм. Дослідники використовують цю модель для кількісного визначення кількості ДНК у своїх зразках.

Розчинність у воді

Завдяки сильному ароматичному характеру азотистих основ ці молекули практично нерозчинні у воді.

Азотні основи біологічного інтересу

Хоча існує велика кількість азотистих основ, ми знайдемо лише кілька природних у клітинних середовищах живих організмів.

Найбільш поширеними піримідинами є цитозин, урацил і тимін (5-метилурацил). Цитозин і тимін є піримідинами, які ми, як правило, знаходимо в подвійній спіралі ДНК, тоді як цитозин і урацил є звичайними в РНК. Зазначимо, що єдина різниця між урацилом і тиміном - метильна група на вуглеці 5.

Аналогічно, найбільш поширеними є пурини - аденін (6-амінопурин) і гуанін (2-аміно-6-оксипурин). Ці сполуки рясні в молекулах ДНК і РНК.

Є й інші похідні пуринів, які ми знаходимо в природі в клітині, серед них ксантин, гіпоксантин і сечова кислота. Перші два можна знайти в нуклеїнових кислотах, але в дуже дефіцитному і пунктуальному вигляді. Навпаки, сечова кислота ніколи не зустрічається як структурний компонент цих біомолекул.

Як вони спарюються?

Структуру ДНК виявили дослідники Уотсон і Крік. Завдяки його дослідженню можна було зробити висновок, що ДНК є подвійною спіраллю. Вона складається з довгого ланцюга нуклеотидів, пов'язаних фосфодіефірними зв'язками, в яких фосфатна група утворює міст між гідроксильними групами (-ОН) залишків цукру..

Структура, яку ми тільки що описали, нагадує сходи разом з відповідними поручнями. Азотисті основи є аналогами сходів, які згруповані в подвійну спіраль за допомогою водневих мостів.

У водневому мості два електронегативних атоми мають протон між підставами. Для утворення водневого мосту необхідно участь атома водню з невеликим позитивним зарядом і акцептора з малим негативним зарядом..

Міст утворюється між Н і О. Ці ланки слабкі, і вони повинні бути, тому що ДНК повинна легко відкриватися для реплікації.

Правило Чаргафа

Пари підставок утворюють водневі зв'язки, дотримуючись наступної моделі пурин-піримідинового спарювання, відомого як правило Чаргаффа: пари гуанінів з цитозином і аденіном з тиміном.

GC пара утворює три атоми водню разом, в той час як пара AT з'єднується тільки двома мостами. Таким чином, можна передбачити, що ДНК з більш високим вмістом GC буде більш стабільною.

Кожна з ланцюгів (або поручні в нашій аналогії) працюють у протилежних напрямках: одна 5 '→ 3', а інша 3 '→ 5'.

Функції

Структурні блоки нуклеїнових кислот

Органічні істоти є типом біомолекул, званих нуклеїновими кислотами. Це полімери значного розміру, утворені повторюваними мономерами: нуклеотиди, об'єднані за допомогою спеціального типу зв'язку, званого фосфодіефірним зв'язком. Вони класифікуються на два основні типи: ДНК і РНК.

Кожен нуклеотид утворений фосфатною групою, цукром (типу дезоксирибози в ДНК і рибозою в РНК) і однією з п'яти азотистих основ: A, T, G, C і U. Коли фосфатної групи немає молекула називається нуклеозидом.

У ДНК

ДНК є генетичним матеріалом живих істот (за винятком деяких вірусів, які в основному використовують РНК). Використовуючи код з 4-х основ, ДНК має послідовність для всіх білків, які існують в організмах, крім елементів, які регулюють експресію одного і того ж.

Структура ДНК повинна бути стабільною, оскільки організми використовують її для кодування інформації. Однак це молекула, схильна до змін, звана мутаціями. Ці зміни в генетичному матеріалі є основним матеріалом для еволюційних змін.

У РНК

Подібно ДНК, РНК є полімером нуклеотидів, за винятком того, що підстава T замінюється на U. Ця молекула має форму простої смуги і виконує широкий спектр біологічних функцій..

У клітці є три основні РНК. Посланник РНК є посередником між утворенням ДНК і білка. Він відповідає за копіювання інформації в ДНК і перенесення її до техніки перекладу білків. Рибосомна РНК, другий тип, утворює структурну частину цієї складної техніки.

Третій тип, або трансферна РНК, відповідає за перенесення амінокислотних залишків, придатних для синтезу білків.

На додаток до трьох "традиційних" РНК, існує ряд малих РНК, що беруть участь у регуляції експресії генів, оскільки в клітині всі гени, що кодуються в ДНК, не можуть бути виражені постійно і в тій же мірі..

Необхідно, щоб організми мали способи регулювання своїх генів, тобто вирішуючи, чи вони виражені чи ні. Аналогічно генетичний матеріал складається тільки з словника слів іспанською, а механізм регулювання дозволяє формувати літературну роботу..

Структурні блоки нуклеозидтрифосфатов

Азотисті основи є частиною нуклеозидтрифосфатов, молекули, які, як і ДНК і РНК, представляють біологічний інтерес. Крім основи, вона складається з пентози і трьох фосфатних груп, пов'язаних між собою за допомогою високоенергетичних зв'язків..

Завдяки цим зв'язкам нуклеозидні трифосфати є енергетично багатими молекулами і є основним продуктом метаболічних шляхів, які прагнуть вивільнення енергії. Серед найбільш використовуваних АТФ.

АТФ або аденозинтрифосфат складається з азотистого аденінового підстави, пов'язаного з вуглецем, розташованим у положенні 1 цукру пентозного типу: рибоза. У положенні п'яти цього вуглеводу пов'язані три фосфатні групи.

Загалом, АТФ є енергетичною валютою клітини, оскільки її можна швидко використовувати і регенерувати. Багато метаболічні шляхи, поширені серед органічних істот, використовують і продукують АТФ.

Її "потужність" базується на зв'язках високої енергії, утворених фосфатними групами. Негативні заряди цих груп знаходяться в постійному відштовхуванні. Є й інші причини, що зумовлюють гідроліз в АТФ, включаючи стабілізацію резонансом і сольватацією..

Autacoid

Хоча більшість нуклеозидів не мають істотної біологічної активності, аденозин є вираженим винятком у ссавців. Це функціонує як аутокаїд, аналогічний "місцевому гормону" і як нейромодулятор.

Цей нуклеозид вільно циркулює в крові і діє локально, з різними ефектами на розширення кровоносних судин, скорочення гладких м'язів, нейрональних розрядів, вивільнення нейромедіаторів і в метаболізмі жирів. Це також пов'язано з регуляцією серцевого ритму.

Ця молекула також бере участь у регуляції сну. Концентрація аденозину збільшується і сприяє підвищенню стомлюваності. Це є причиною того, чому кофеїн допомагає нам пробудити: він блокує нейрональні взаємодії з позаклітинним аденозином.

Структурні блоки регуляторних елементів

Значна кількість метаболічних шляхів, поширених у клітинах, мають регуляторні механізми, засновані на рівнях АТФ, АДФ і АМФ. Дві останні молекули мають однакову структуру АТФ, але втратили одну і дві фосфатні групи відповідно.

Як ми вже згадували в попередньому розділі, АТФ є нестабільною молекулою. Клітина повинна виробляти АТФ тільки тоді, коли вона цього потребує, оскільки вона повинна швидко використовувати її. АТФ сама по собі також є елементом, що регулює метаболічні шляхи, оскільки його присутність вказує на клітину, що вона не повинна продукувати більше АТФ..

На відміну від нього, його гідролізовані похідні (AMP), попереджають клітину, що ATP закінчується і повинна виробляти більше. Таким чином, AMP активізує метаболічні шляхи виробництва енергії, такі як гліколіз.

Аналогічно, багато гормоноподібні сигнали (такі як ті, що беруть участь у метаболізмі глікогену) опосередковані внутрішньоклітинно молекулами цАМФ (c є циклічними) або подібним варіантом, але з гуаніном у його структурі: cGMP.

Структурні блоки коферментів

При декількох етапах метаболічних шляхів ферменти не можуть діяти самостійно. Вони потребують додаткових молекул, щоб мати можливість виконувати свої функції; ці елементи називаються коферментами або ко-субстратами, причому останній термін є більш доречним, оскільки коферменти не є каталітично активними.

У цих каталітичних реакціях виникає необхідність перенесення електронів або групи атомів на інший субстрат. Допоміжними молекулами, які беруть участь у цьому явищі, є коферменти.

Азотисті основи є структурними елементами зазначених кофакторів. Серед найбільш відомих піримідинових нуклеотидів (NAD)⁺, NADP⁺), FMN, FAD і кофермент А. Вони беруть участь у дуже важливих метаболічних шляхах, таких як гліколіз, цикл Кребса, фотосинтез, серед інших.

Наприклад, піримідинові нуклеотиди є дуже важливими коферментами ферментів з дегідрогеназною активністю і відповідають за транспортування гідридних іонів..

Список літератури

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, A.D., Lewis, J., Raff, M., ... & Walter, P. (2013). Основна біологія клітини. Гірлянди наука.
2. Cooper, G. M., & Hausman, R. E. (2007). Клітка: молекулярний підхід. Вашингтон, округ Колумбія, Сандерленд, штат Массачусетс.
3. Griffiths, A. J. (2002). Сучасний генетичний аналіз: інтеграція генів і геномів. Макміллан.
4. Griffiths, A.J., Wessler, S.R., Lewontin, R.C., Gelbart, W.M., Suzuki, D.T., & Miller, J.H. (2005). Вступ до генетичного аналізу. Макміллан.
5. Koolman, J., & Röhm, K.H. (2005). Біохімія: текст і атлас. Ed. Panamericana Medical.
6. Passarge, E. (2009). Генетичний текст і атлас. Ed. Panamericana Medical.