Lämmastiku baasid, kuidas nad omavahel kokku puutuvad, klassifitseerivad ja funktsioone



The lämmastiku alused need on heterotsüklilise vormi orgaanilised ühendid, mis sisaldavad palju lämmastikku. Need on osa nukleiinhapete ja teiste bioloogiliselt huvipakkuvate molekulide, nagu nukleosiidid, dinukleotiidid ja rakusisestest sõnumitoojad, struktuurielementidest. Teisisõnu, lämmastiku alused on osa ühikutest, mis moodustavad nukleiinhappeid (RNA ja DNA) ja teisi nimetatud molekule..

Lämmastiku aluseid on kaks: puriini alused või puriinid ja pürimidiinalused või pürimidiinid. Esimene rühm hõlmab adeniini ja guaniini, samas kui tümiin, tsütosiin ja uratsiil on pürimidiinalused. Üldiselt on need alused tähistatud nende esimese tähega: A, G, T, C ja U.

DNA plokid on A, G, T ja C. Selles aluste tellimises kodifitseeritakse kogu vajalik teave elava organismi ehitamiseks ja arendamiseks. RNA-s on komponendid samad, ainult et T on asendatud U-ga.

Indeks

  • 1 Struktuur ja liigitus
    • 1.1 Pürimidiinide ring
    • 1.2 Puriini rõngas
  • 2 Lämmastiku aluste omadused
    • 2.1 Aromaatilisus
    • 2.2 UV-valguse neeldumine
    • 2.3 Vees lahustuv
  • 3 Bioloogilise huvi lämmastiku alused
  • 4 Kuidas nad omavahel kokku puutuvad?
    • 4.1 Laadimise reegel
  • 5 Funktsioonid
    • 5.1 Nukleiinhapete struktuurilised plokid
    • 5.2 Nukleosiidtrifosfaatide struktuurilised plokid
    • 5.3 Automaatne
    • 5.4 Reguleerivate elementide struktuurilised plokid
    • 5.5 Koensüümide struktuurilised plokid
  • 6 Viited

Struktuur ja liigitus

Lämmastiku alused on aromaatsed ja heterotsüklilised lamedad molekulid, mis on tavaliselt saadud puriinidest või pürimidiinidest..

Pürimidiinide ring

Pürimidiinide tsükkel on heterotsüklilised aromaatsed tsüklid, millel on kuus liiget ja kaks lämmastikuaatomit. Aatomid on nummerdatud päripäeva.

Puriinirõngas

Puriinirõngas koosneb kahest tsüklist: üks on struktuurselt sarnane pürimidiinitsükliga ja teine ​​sarnane imidasoolitsükliga. Need üheksa aatomit sulandatakse ühte ringi.

Pürimidiinide tsükkel on lame süsteem, samas kui puriinid erineb sellest mustrist natuke. Imidasoolitsükli ja pürimidiinitsükli vahel on teatatud kergest kortsusest või kortsust..

Lämmastiku aluste omadused

Aromaatilisus

Orgaanilises keemias a aromaatne ring see on määratletud kui molekul, mille kaksiksidemete elektronide ringlus on tsüklilises struktuuris vaba. Elektronide liikuvus ringis annab molekulile stabiilsuse - kui me võrdleme seda sama molekuliga - vaid kaksiksidemetega fikseeritud elektronidega.

Selle tsüklisüsteemi aromaatne olemus annab neile võime kogeda fenomeni, mida nimetatakse keto-enool tautomeeriumiks.

See tähendab, et puriinid ja pürimidiinid eksisteerivad tautomeersetes paarides. Keto tautomeerid on neutraalse pH juures ülekaalus uratsiili, tümiini ja guaniini aluste puhul. Seevastu on enoolvorm tsütosiini puhul domineeriv neutraalse pH juures. See aspekt on oluline vesiniku sildade moodustamiseks aluste vahel.

UV-valguse neeldumine

Veel üks puriinide ja pürimidiinide omadus on nende võime absorbeerida ultraviolettvalgust (UV-valgus) tugevalt. See absorptsiooni muster on selle heterotsükliliste tsüklite aromaatsuse otsene tagajärg.

Absorptsioonispektri maksimaalne lähedus on 260 nm. Teadlased kasutavad seda mustrit DNA proovide kvantifitseerimiseks.

Lahustuvus vees

Tänu lämmastiku aluste tugevale aromaatsele iseloomule on need molekulid vees praktiliselt lahustumatud.

Bioloogilise huvi lämmastiku alused

Kuigi lämmastiku baaside arv on suur, leiame elusorganismide rakukeskkonnas vaid mõned loomulikud.

Kõige tavalisemad pürimidiinid on tsütosiin, uratsiil ja tümiin (5-metüüluratsiil). Tsütosiin ja tümiin on pürimidiinid, mida me tavaliselt leiame DNA topeltsüklis, samas kui tsütosiin ja uratsiil on RNA-s tavalised. Pange tähele, et ainus erinevus uratsiili ja tümiini vahel on metüülrühm süsinikul 5.

Samamoodi on kõige tavalisemad puriinid adeniin (6-amino puriin) ja guaniin (2-amino-6-oksi puriin). Need ühendid on rikkad nii DNA kui ka RNA molekulides.

On veel teisi puriinide derivaate, mida rakus loomulikult leiame, sh ksantiini, hüpoksantiini ja kusihapet. Esimesed kaks võib leida nukleiinhapetest, kuid väga vähe ja täpselt. Seevastu kusihapet ei leita kunagi nende biomolekulide struktuurse komponendina.

Kuidas nad mate?

DNA struktuuri selgitasid teadlased Watson ja Crick. Tänu oma uuringule oli võimalik järeldada, et DNA on kahekordne heeliks. See koosneb pika nukleotiidide ahelast, mis on seotud fosfodiestersidemetega, milles fosfaatrühm moodustab silla suhkrujääkide hüdroksüülrühmade (-OH) vahel.

Struktuur, mida me just kirjeldasime, meenutab treppi koos vastava käsipuudega. Lämmastiku alused on trepi analoogid, mis on rühmitatud kahekordseks spiraaliks vesinikildade abil..

Vesinikusilla puhul on kahe elektroonegatiivse aatomi vahel aluste vahel prooton. Vesiniku silla moodustamiseks on vajalik vesinikuaatomi osalemine väikese positiivse laenguga ja aktseptor väikese negatiivse laenguga.

Sild on moodustatud H ja O vahel. Need sidemed on nõrgad ja need peavad olema, sest DNA peab avama kergesti paljunemiseks.

Chargaffi reegel

Aluspaarid moodustavad vesiniksidemed järgmiste puriini-pürimidiini paaritumise musterite järgi, mida tuntakse Chargaffi reeglina: guaniinipaarid tsütosiiniga ja adeniiniga tümiiniga.

GC-paar moodustab kolm vesinikuaatomit, samas kui AT-paari ühendavad ainult kaks silda. Seega saame ennustada, et kõrgema GC sisaldusega DNA on stabiilsem.

Iga kett (või käsipuud meie analoogias) kulgeb vastassuunas: üks 5 '→ 3' ja teine ​​3 '→ 5'.

Funktsioonid

Nukleiinhapete struktuursed plokid

Orgaanilised olendid on teatud tüüpi biomolekulid, mida nimetatakse nukleiinhapeteks. Need on märkimisväärse suurusega polümeerid, mis on moodustatud korduvatest monomeeridest: nukleotiidid, mis on ühendatud spetsiaalse sidetüübiga, mida nimetatakse fosfodiestri sidemeks. Need liigitatakse kahte põhitüüpi: DNA ja RNA.

Iga nukleotiidi moodustavad fosfaatrühm, suhkur (deoksüriboosi tüüp DNA-s ja riboos RNA-s) ja üks viiest lämmastiku alusest: A, T, G, C ja U. Kui fosfaatrühma ei esine , molekuli nimetatakse nukleosiidiks.

DNA-s

DNA on elusolendite geneetiline materjal (välja arvatud mõned viirused, mis kasutavad peamiselt RNA-d). Kasutades nelja aluse koodi, on DNA-l järjestuses kõik organismides esinevad valgud, lisaks elementidele, mis reguleerivad sama ekspressiooni.

DNA struktuur peab olema stabiilne, kuna organismid kasutavad seda informatsiooni kodeerimiseks. Kuid see on molekul, mis on kalduvus muutustele, mida nimetatakse mutatsioonideks. Need muutused geneetilises materjalis on evolutsioonilise muutuse alusmaterjal.

RNA-s

Nagu DNA, on RNA nukleotiidide polümeer, välja arvatud see, et baas T on asendatud U-ga. See molekul on lihtsa riba kujul ja täidab mitmesuguseid bioloogilisi funktsioone.

Rakus on kolm peamist RNA-d. Messenger RNA on DNA ja valgu moodustumise vaheline vahendaja. Ta vastutab DNA-s olevate andmete kopeerimise ja valgu tõlkimise masinale viimise eest. Ribosomaalne RNA, teine ​​tüüp, moodustab selle keerulise masina struktuurse osa.

Kolmas tüüp või ülekand RNA vastutab valkude sünteesiks sobivate aminohappejääkide kandmise eest.

Lisaks kolmele "traditsioonilisele" RNA-le on geeniekspressiooni reguleerimisse kaasatud mitu väikest RNA-d, kuna rakus ei saa kõiki DNA-s kodeeritud geene pidevalt ja samas ulatuses ekspresseerida..

On vaja, et organismidel oleksid oma geenide reguleerimise viisid, st otsustada, kas nad on väljendatud või mitte. Analoogselt koosneb geneetiline materjal ainult hispaaniakeelsest sõnastiku sõnastikust ja reguleerimismehhanism võimaldab kirjandusliku teose kujunemist.

Nukleosiidtrifosfaatide struktuuriplokid

Lämmastiku alused on osa nukleosiidtrifosfaatidest, molekulist, mis nagu DNA ja RNA on bioloogiliselt huvipakkuv. Lisaks alusele koosneb see pentoosist ja kolmest fosfaatrühmast, mis on omavahel seotud kõrge energiaga sidemete abil..

Tänu nendele sidemetele on nukleosiidtrifosfaatideks energiasäästlikud molekulid ja need on peamised energiaallikate otsimise viisid. Kõige enam kasutatakse ATP-d.

ATP või adenosiintrifosfaat koosneb lämmastiku adeniinalusest, mis on seotud pentoosi tüüpi suhkru asendis 1 oleva süsinikuga: riboosiga. Selle süsivesiku viies asendis on kolm fosfaatrühma seotud.

Üldiselt on ATP raku energiavaluuta, kuna seda saab kiiresti kasutada ja regenereerida. Paljud mahepõllumajanduslike olendite metaboolsed teed kasutavad ja toodavad ATP-d.

Selle "võimsus" põhineb kõrgenergeetilistel võlakirjadel, mille moodustavad fosfaatrühmad. Nende rühmade negatiivsed laengud on pidevas tõrksas. On ka teisi põhjusi, mis soodustavad hüdrolüüsi ATP-s, kaasa arvatud stabiliseerimine resonantsi ja solvaatimisega..

Automaatne

Kuigi enamikel nukleosiididel puudub märkimisväärne bioloogiline aktiivsus, on adenosiin imetajatel märgatav erand. See toimib autokoidina, mis on analoogne "kohaliku hormooniga" ja neuromodulaatoriga.

See nukleosiid tsirkuleerib vabalt vereringes ja toimib lokaalselt, avaldades mitmesuguseid toimeid veresoonte laienemisele, silelihaste kontraktsioonidele, neuronaalsetele väljavooludele, neurotransmitterite vabanemisele ja rasvade metabolismile. See on seotud ka südame löögisageduse reguleerimisega.

See molekul osaleb ka uneharjumuste reguleerimises. Adenosiini kontsentratsioon suureneb ja soodustab väsimust. See on põhjus, miks kofeiin aitab meid ärkvel hoida: see blokeerib neuronaalseid koostoimeid rakuvälise adenosiiniga.

Reguleerivate elementide struktuuriplokid

Märkimisväärsel hulgal rakkudes levinud ainevahetusradasid on regulatiivsed mehhanismid, mis põhinevad ATP, ADP ja AMP tasemel. Etas kahel viimasel molekulil on sama ATP struktuur, kuid on kaotanud vastavalt ühe ja kaks fosfaadirühma.

Nagu me eelmises osas mainisime, on ATP ebastabiilne molekul. Rakk peab tooma ATP ainult siis, kui see seda vajab, sest see peab seda kiiresti kasutama. ATP iseenesest on ka element, mis reguleerib metaboolseid radu, kuna selle olemasolu näitab rakule, et ta ei tohiks toota rohkem ATP-d..

Seevastu hoiatab selle hüdrolüüsitud derivaadid (AMP) rakku, et ATP on otsa saanud ja peaks tootma rohkem. Seega aktiveerib AMP energiatootmise metaboolseid teid, näiteks glükolüüsi.

Samamoodi vahendavad cAMP-i molekulid (c on tsüklilised) paljud hormoonitaolised signaalid (nagu glükogeeni ainevahetuses osalevad) signaalid või sarnane variant, kuid selle struktuuris on guaniiniga sarnane: cGMP.

Koensüümide struktuursed plokid

Metaboolsete radade mitmel etapil ei saa ensüümid üksi toimida. Nad vajavad oma ülesannete täitmiseks täiendavaid molekule; neid elemente nimetatakse koensüümideks või substraatideks, kusjuures viimane mõiste on sobivam, kuna koensüümid ei ole katalüütiliselt aktiivsed.

Nendes katalüütilistes reaktsioonides on vajadus viia elektronid või aatomite rühm teise substraadini. Selles fenomenis osalevad abimolekulid on koensüümid.

Lämmastiku alused on nimetatud kofaktorite struktuurielemendid. Kõige tuntumate hulka kuuluvad pürimidiini nukleotiidid (NAD)+, NADP+), FMN, FAD ja koensüüm A. Need osalevad väga olulistes metaboolsetes radades, nagu glükolüüs, Krebsi tsükkel, fotosüntees, muu hulgas.

Näiteks on pürimidiini nukleotiidid dehüdrogenaasi aktiivsusega ensüümide väga olulised koensüümid ja vastutavad hüdriidioonide transportimise eest..

Viited

  1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, A.D., Lewis, J., Raff, M., ... & Walter, P. (2013). Oluline rakubioloogia. Garland Science.
  2. Cooper, G. M., & Hausman, R. E. (2007). Rakk: molekulaarne lähenemine. Washington, DC, Sunderland, MA.
  3. Griffiths, A. J. (2002). Kaasaegne geneetiline analüüs: geenide ja genoomide integreerimine. Macmillan.
  4. Griffiths, A.J., Wessler, S.R., Lewontin, R.C., Gelbart, W.M., Suzuki, D.T., & Miller, J.H. (2005). Sissejuhatus geneetilisse analüüsi. Macmillan.
  5. Koolman, J., & Röhm, K. H. (2005). Biokeemia: tekst ja atlas. Ed. Panamericana Medical.
  6. Passarge, E. (2009). Geneetiline tekst ja atlas. Ed. Panamericana Medical.