Дял:
Азотните основи са как се свързват, класифицират и функционират
на азотни основи те са органични съединения с хетероциклична форма, богати на азот. Те са част от структурните блокове на нуклеинови киселини и други молекули от биологичен интерес, като нуклеозиди, динуклеотиди и вътреклетъчни пратеници. С други думи, азотните бази са част от единиците, които образуват нуклеиновите киселини (РНК и ДНК) и другите споменати молекули.
Съществуват две основни групи азотни бази: пуринови бази или пурини и пиримидинови бази или пиримидини. Първата група включва аденин и гуанин, докато тимин, цитозин и урацил са пиримидинови бази. Обикновено тези бази се обозначават с тяхната първа буква: A, G, T, C и U.
ДНК блоковете са A, G, T и C. В това подреждане на основите се кодира цялата необходима информация за изграждането и развитието на живия организъм. В РНК компонентите са еднакви, само че Т се заменя с U.
индекс
- 1 Структура и класификация
- 1.1 Пръстен от пиримидини
- 1.2 Пуринов пръстен
- 2 Свойства на азотни основи
- 2.1 Ароматичност
- 2.2 Абсорбция на UV светлина
- 2.3 Разтворимост във вода
- 3 Азотни основи от биологичен интерес
- 4 Как се чифтосват?
- 4.1 Правило на Чаргаф
- 5 Функции
- 5.1 Структурни блокове от нуклеинови киселини
- 5.2 Структурни блокове на нуклеозид трифосфатите
- 5.3 Autacoid
- 5.4 Структурни блокове от регулаторни елементи
- 5.5 Структурни блокове от коензими
- 6 Препратки
Структура и класификация
Азотните основи са плоски молекули, от ароматен и хетероцикличен тип, които обикновено се получават от пурини или пиримидини..
Пръстен от пиримидини
Пръстенът от пиримидини е хетероцикличен ароматен пръстен с шест члена и два азотни атома. Атомите са номерирани по посока на часовниковата стрелка.
Пуринов пръстен
Пуриновият пръстен се състои от система с два пръстена: единият е структурно подобен на пиримидиновия пръстен и друг подобен на имидазоловия пръстен. Тези девет атома се сливат в един пръстен.
Пръстенът на пиримидините е плоска система, докато пурините се отклоняват малко от този модел. Има съобщения за лека гънка или бръчки между имидазоловия пръстен и пиримидиновия пръстен..
Свойства на азотни основи
аромат-
В органичната химия, a ароматен пръстен определя се като молекула, чиито електрони от двойните връзки имат свободно обращение в цикличната структура. Подвижността на електроните в пръстена дава стабилност на молекулата - ако я сравним със същата молекула - но с електрони, фиксирани в двойните връзки..
Ароматната природа на тази пръстенна система им дава възможност да изпитат феномен, наречен кето-енолна тавтомерия.
Тоест, пурини и пиримидини съществуват в тавтомерни двойки. Кето тавтомерите са преобладаващи при неутрално рН на урациловите, тиминовите и гуаниновите бази. За разлика от това, енолната форма е преобладаваща за цитозин при неутрално рН. Този аспект е от основно значение за образуването на водородни мостове между основите.
Абсорбция на UV светлина
Друго свойство на пурините и пиримидините е тяхната способност да абсорбират силно ултравиолетовата светлина (UV светлина). Този абсорбционен модел е пряка последица от ароматността на нейните хетероциклени пръстени.
Абсорбционният спектър има максимум близо до 260 nm. Изследователите използват този модел, за да определят количеството на ДНК в техните проби.
Разтворимост във вода
Благодарение на силния ароматен характер на азотните основи, тези молекули са практически неразтворими във вода.
Азотни основи от биологичен интерес
Въпреки че има голям брой азотни бази, ние откриваме само няколко естествено в клетъчната среда на живите организми.
Най-често срещаните пиримидини са цитозин, урацил и тимин (5-метилурацил). Цитозин и тимин са пиримидини, които обикновено се намират в двойната спирала на ДНК, докато цитозин и урацил са често срещани в РНК. Забележете, че единствената разлика между урацил и тимин е метилова група при въглерод 5.
По същия начин, най-често срещаните пурини са аденин (6-амино пурин) и гуанин (2-амино-6-окси пурин). Тези съединения са изобилни в молекулите на ДНК и РНК.
Има и други производни на пурини, които намираме естествено в клетката, сред които са ксантин, хипоксантин и пикочна киселина. Първите две могат да бъдат открити в нуклеинови киселини, но по много оскъден и точен начин. Обратно, пикочната киселина никога не се намира като структурен компонент на тези биомолекули.
Как се чифтосват?
Структурата на ДНК е изяснена от изследователите Уотсън и Крик. Благодарение на неговото проучване е възможно да се заключи, че ДНК е двойна спирала. Тя се състои от дълга верига от нуклеотиди, свързани с фосфодиестерни връзки, в които фосфатната група образува мост между хидроксилните групи (-ОН) на захарните остатъци..
Структурата, която току-що описахме, прилича на стълбище заедно със съответното си перило. Азотните основи са аналозите на стълбите, които са групирани в двойната спирала посредством водородни мостове..
В водороден мост два електроотрицателни атома споделят протон между базите. За образуването на водороден мост е необходимо участието на водороден атом с лек положителен заряд и акцептор с малък отрицателен заряд..
Мостът е образуван между Н и О. Тези връзки са слаби и трябва да са, тъй като ДНК трябва да се отваря лесно, за да се репликира.
Правилото на Чаргаф
Базовите двойки образуват водородните връзки следвайки следния модел пурино-пиримидинов чифтосване, известен като правило на Chargaff: гуанинови двойки с цитозин и аденин с тимин.
GC двойката образува три водородни атома заедно, докато AT двойката се присъединява само от два моста. По този начин можем да предвидим, че ДНК с по-високо съдържание на GC ще бъде по-стабилна.
Всяка от веригите (или парапетите в нашата аналогия) се движат в противоположни посоки: една 5 '→ 3', а другата 3 '→ 5'.
функции
Структурни блокове от нуклеинови киселини
Органичните същества представляват вид биомолекули, наречени нуклеинови киселини. Това са полимери със значителен размер, образувани от повтарящи се мономери: нуклеотидите, обединени чрез специален тип връзка, наречена фосфодиестерна връзка. Те се класифицират в два основни типа, ДНК и РНК.
Всеки нуклеотид се образува от фосфатна група, захар (от дезоксирибозния тип в ДНК и рибоза в РНК) и една от петте азотни бази: А, Т, G, С и U. Когато фосфатната група не присъства молекулата се нарича нуклеозид.
В ДНК
ДНК е генетичният материал на живите същества (с изключение на някои вируси, които използват предимно РНК). Използвайки кода на 4-те бази, ДНК има последователност за всички протеини, които съществуват в организмите, освен елементите, които регулират изразяването на същите.
Структурата на ДНК трябва да бъде стабилна, тъй като организмите я използват, за да кодират информация. Това обаче е молекула, склонна към промени, наречена мутации. Тези промени в генетичния материал са основният материал за еволюционната промяна.
В РНК
Подобно на ДНК, РНК е полимер на нуклеотиди, с изключение на това, че основата Т е заменена от U. Тази молекула е под формата на проста лента и изпълнява широк спектър от биологични функции..
В клетката има три основни РНК. Messenger RNA е посредник между образуването на ДНК и протеини. Той е отговорен за копирането на информацията в ДНК и за пренасянето му към машината за превод на протеини. Рибозомната РНК, втори тип, образува структурна част от този сложен механизъм.
Третият тип, или трансферна РНК, е отговорен за носенето на аминокиселинните остатъци, подходящи за синтеза на протеини.
В допълнение към трите "традиционни" РНК, има редица малки РНК, които участват в регулирането на генната експресия, тъй като в клетката всички гени, кодирани в ДНК, не могат да се изразяват постоянно и в същата степен..
Необходимо е организмите да имат начини за регулиране на гените си, т.е. да решат дали те са изразени или не. Аналогично, генетичният материал се състои само от речник на думите на испански и механизмът на регулиране позволява формирането на литературно произведение..
Структурни блокове на нуклеозид трифосфатите
Азотните основи са част от нуклеозидните трифосфати, молекула, която, подобно на ДНК и РНК, е от биологичен интерес. В допълнение към основата, тя се състои от пентоза и три фосфатни групи, свързани помежду си посредством високоенергийни връзки..
Благодарение на тези връзки нуклеозидните трифосфати са енергийно богати молекули и са основен продукт на метаболитните пътища, които търсят освобождаване на енергия. Сред най-използваните е ATP.
АТР или аденозин трифосфатът се състои от азотна аденинова база, свързана с въглерода, разположен в позиция 1 на захар от типа пентоза: рибоза. В позиция 5 на този въглехидрат трите фосфатни групи са свързани.
Като цяло, АТФ е енергийната валута на клетката, тъй като може бързо да се използва и регенерира. Много метаболитни пътища, обичайни сред органичните същества, използват и произвеждат АТФ.
Неговата "сила" се основава на връзките с висока енергия, образувани от фосфатни групи. Отрицателните заряди на тези групи са в постоянно отблъскване. Има и други причини, които предразполагат хидролизата в АТФ, включително стабилизиране чрез резонанс и солватация..
аутакоид
Въпреки че повечето нуклеозиди нямат значителна биологична активност, аденозинът е значително изключение при бозайници. Това функционира като автокауда, аналогично на "местен хормон" и като невромодулатор.
Този нуклеозид циркулира свободно в кръвния поток и действа локално, с различни ефекти върху разширяването на кръвоносните съдове, контракциите на гладките мускули, невроналните изхвърляния, освобождаването на невротрансмитери и в метаболизма на мазнините. Той е свързан и с регулирането на сърдечната честота.
Тази молекула също участва в регулирането на моделите на съня. Концентрацията на аденозин се увеличава и насърчава умората. Това е причината, поради която кофеинът ни помага да се държим будни: той блокира невронните взаимодействия с извънклетъчния аденозин.
Структурни блокове от регулаторни елементи
Значителното количество метаболитни пътища, обичайни за клетките, притежават регулаторни механизми, базирани на нивата на АТР, АДФ и АМР. Двете последни молекули имат еднаква структура на АТФ, но са загубили съответно една и две фосфатни групи.
Както споменахме в предишния раздел, АТР е нестабилна молекула. Клетката трябва да произвежда само АТФ, когато се нуждае от нея, тъй като тя трябва да я използва бързо. АТФ сам по себе си е елемент, който регулира метаболитните пътища, тъй като неговото присъствие показва на клетката, че не трябва да произвежда повече АТФ..
За разлика от него, неговите хидролизирани производни (AMP) предупреждават клетката, че ATP изтича и трябва да произвежда повече. По този начин AMP активира метаболитните пътища за производство на енергия, като гликолиза.
По същия начин, много хормон-подобни сигнали (като тези, които участват в метаболизма на гликоген) се медиират вътреклетъчно от сАМР молекули (c е циклично) или от подобен вариант, но с гуанин в неговата структура: cGMP.
Структурни блокове от коензими
При множество стъпки на метаболитни пътища, ензимите не могат да действат самостоятелно. Те се нуждаят от допълнителни молекули, за да могат да изпълняват своите функции; тези елементи се наричат коензими или ко-субстрати, като последният термин е по-подходящ, тъй като коензимите не са каталитично активни.
При тези каталитични реакции има нужда от прехвърляне на електрони или група от атоми към друг субстрат. Спомагателните молекули, които участват в това явление, са коензимите.
Азотните основи са структурни елементи на споменатите кофактори. Сред най-известните са пиримидиновите нуклеотиди (NAD)+, НАДФ+), FMN, FAD и коензим А. Те участват в много важни метаболитни пътища, като гликолиза, цикъл на Кребс, фотосинтеза, наред с други.
Например, пиримидиновите нуклеотиди са много важни коензими на ензимите с дехидрогеназна активност и са отговорни за транспортирането на хидридни йони..
препратки
- Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, A.D., Lewis, J., Raff, M., ... & Walter, P. (2013). Съществена клетъчна биология. Garland Science.
- Cooper, G. M., & Hausman, R. E. (2007). Клетката: молекулен подход. Вашингтон, Съндърланд, Масачузетс.
- Griffiths, A. J. (2002). Съвременен генетичен анализ: интегриране на гени и геноми. Macmillan.
- Griffiths, A.J., Wessler, S.R., Lewontin, R.C., Gelbart, W.M., Suzuki, D.T., & Miller, J.H. (2005). Въведение в генетичния анализ. Macmillan.
- Koolman, J., & Röhm, К. H. (2005). Биохимия: текст и атлас. Ed. Panamericana Medical.
- Passarge, E. (2009). Генетичен текст и атлас. Ed. Panamericana Medical.