vispārinājums
Slāpekļa bāzes ir aromātiskie heterocikliskie organiskie savienojumi, kas satur slāpekļa atomus un kuri piedalās nukleotīdu veidošanā.
Slāpekļa bāzes savienojums, pentoze (ti, cukurs ar 5 oglekļa atomiem) un fosfātu grupa, nukleotīdi ir molekulārās vienības, kas veido DNS un RNS nukleīnskābes.
DNS sastāvā slāpekļa bāzes ir: adenīns, guanīns, citozīns un timīns; RNS tās ir vienādas, izņemot timīnu, kuras vietā ir slāpekļa bāze, ko sauc par uracilu.
Atšķirībā no RNS, DNS slāpekļa bāzes veido pārī vai bāzes pāri. Šo savienojumu klātbūtne ir iespējama, jo DNS ir divkāršā nukleotīdu struktūra.
Gēnu ekspresija ir atkarīga no slāpekļa bāzes, kas apvienota ar DNS nukleotīdiem.
Kas ir slāpekļa bāzes?
Slāpekļa bāzes ir organiskās molekulas, kas satur slāpekli un kas piedalās nukleotīdu veidošanā.
Katrs no tiem veidots no slāpekļa bāzes, cukura ar 5 oglekļa atomiem (pentoze) un fosfātu grupu, nukleotīdi ir molekulārās vienības, kas veido DNS un RNS nukleīnskābes .
Nukleīnskābes DNS un RNS ir bioloģiskās makromolekulas, uz kurām balstās dzīvās būtnes šūnu attīstība un pareiza darbība.
NUKLEISKĀS SKĀBJU SĀKOTNĒJI
Slāpekļa bāzes, kas veido nukleīnskābes DNS un RNS, ir: adenīns, guanīns, citozīns, timīns un uracils .
Adenīns, guanīns un citozīns ir kopīgi abām nukleīnskābēm, ti, tās ir gan DNS nukleotīdu, gan RNS nukleotīdu daļa. Timoīns ir ekskluzīvs DNS, bet uracils ir tikai RNS .
Tātad īss kopsavilkums par slāpekļa bāzēm, kas veido nukleīnskābi (vai nu DNS vai RNS), pieder pie četriem dažādiem veidiem.
AIZSARDZĪBAS LĪDZEKĻIEM
Ķīmiķi un biologi uzskatīja par lietderīgu saīsināt slāpekļa bāzu nosaukumus ar vienu alfabēta burtu. Tādā veidā viņi ir padarījuši nukleīnskābju attēlojumu un aprakstu tekstos vieglāk un ātrāk.
Adenīns sakrīt ar lielajiem burtiem A; guanīns ar lielo burtu G; citozīns ar lielo burtu C; timīns ar lielajiem burtiem T; visbeidzot, uracils ar lielo burtu U.
Klases un struktūra
Ir divas slāpekļa bāzes klases: slāpekļa bāzes klase, kas iegūta no pirimidīna un slāpekļa bāzu klase, kas iegūta no purīna .
Attēls: pirimidīna un purīna vispārēja ķīmiskā struktūra.
Slāpekļa bāzes, kas rodas no pirimidīna, ir pazīstamas arī ar alternatīviem nosaukumiem: pirimidīna vai pirimidīna slāpekļa bāzes ; kamēr slāpekļa bāzes, kas iegūtas no purīna, ir pazīstamas arī ar alternatīviem vārdiem: purīna vai purīna slāpekļa bāzes .
Citozīns, timīns un uracils pieder pie pirimidīna slāpekļa bāzes; no otras puses, adenīns un guanīns veido purīna slāpekļa bāzu klasi.
Purīna atvasinājumu piemēri, izņemot DNS un RNS slāpekļa bāzes
No purīna atvasinājumiem ir arī organiskie savienojumi, kas nav DNS un RNS slāpekļa bāzes. Piemēram, šajā kategorijā ietilpst tādi savienojumi kā kofeīns, ksantīns, hipoksantīns, teobromīns un urīnskābe.
KAS IR AZOTE BĀZES NO ĶĪMISKĀS VĒRTĪBAS?
Organiskie ķīmiķi definē slāpekļa bāzes un visus purīna un pirimidīna atvasinājumus kā heterocikliskos aromātiskos savienojumus .
- Heterocikliskais savienojums ir organiskais gredzens (vai ciklisks) savienojums, kas iepriekš minētajā gredzenā ir viens vai vairāki atomi, izņemot oglekli. Purīnu un pirimidīnu gadījumā atomi, kas nav ogleklis, ir slāpekļa atomi.
- Aromātisks savienojums ir gredzenveida organisks savienojums ar strukturālām un funkcionālām īpašībām, kas ir līdzīgas benzola īpašībām.
STRUKTŪRA
Attēls: benzola ķīmiskā struktūra.
No pirimidīna iegūto slāpekļa bāzu ķīmiskā struktūra galvenokārt sastāv no viena gredzena ar 6 atomiem, no kuriem 4 ir oglekļa atomi un no kuriem divi ir slāpekli.
Faktiski pirimidīna slāpekļa bāze ir pirimidīns ar vienu vai vairākiem aizvietotājiem (ti, viens atoms vai atomu grupa), kas ir piesaistīti kādam no gredzena oglekļa atomiem.
Turpretim no purīna iegūto slāpekļa bāzu ķīmiskā struktūra galvenokārt sastāv no divkāršā gredzena ar 9 kopējiem atomiem, no kuriem 5 ir oglekļa atomi un 4 no tiem ir slāpekļa atomi. Iepriekšminētais divkāršais gredzens ar 9 kopējiem atomiem izriet no piridimīna gredzena (ti, pirimidīna gredzena) saplūšanas ar imidazola gredzenu (ti, imidazola gredzenu, citu organisku heterociklisku savienojumu).
Attēls: imidazola struktūra.
Kā zināms, pirimidīna gredzens satur 6 atomus; kamēr imidazola gredzens satur 5. Ar kodolsintēzi abiem gredzeniem ir divi oglekļa atomi, un tas izskaidro, kāpēc galīgajā struktūrā ir 9 atomi.
SĀKUMU ATOMS ATRAŠANĀS VIETA PURĪNĀ UN PYRIMIDĪNĀ
Lai vienkāršotu organisko molekulu izpēti un aprakstu, organiskie ķīmiķi domāja par identifikācijas numura piešķiršanu oglēm un visiem pārējiem atbalsta struktūru atomiem. Numerācija vienmēr sākas no 1, tā pamatā ir ļoti specifiski piešķiršanas kritēriji (kas šeit ir labāk izlaist) un kalpo katra atoma stāvokļa noteikšanai molekulā.
Pirimidīniem skaitliskie piešķiršanas kritēriji nosaka, ka 2 slāpekļa atomi aizņem 1. un 3. pozīciju, bet 4 oglekļa atomi atrodas 2., 4., 5. un 6. pozīcijā.
Savukārt purīniem skaitliskie piešķiršanas kritēriji nosaka, ka 4 slāpekļa atomi aizņem 1., 3., 7. un 9. pozīciju, bet 5 oglekļa atomi atrodas 2., 4., 5., 6. un 8. pozīcijā.
Pozīcija nukleotīdos
Nukleotīda slāpekļa bāze vienmēr savieno atbilstošā pentozes 1. pozīcijā esošo oglekli ar kovalentu N-glikozīdu saiti .
Konkrēti,
- Slāpekļa bāzes, kas iegūtas no pirimidīna, veido N-glikozīdu saiti ar slāpekļa palīdzību 1. pozīcijā ;
- Kamēr slāpekļa bāzes, kas iegūtas no purīna, veido N-glikozīdu saiti, caur to slāpekli 9. pozīcijā .
Nukleotīdu ķīmiskajā struktūrā pentoze ir centrālais elements, kuram saistās slāpekļa bāze un fosfātu grupa.
Ķīmiskā saite, kas savieno fosfātu grupu ar pentozi, ir fosfodiestera tipa un ietver skābekļa daudzumu fosfātu grupā un oglekļa vietu pentozes 5. pozīcijā.
KAD AZOTE BĀZE NUKLEOZES FORMA?
Slāpekļa bāzes un pentozes kombinācija veido organisku molekulu, kas iegūst nukleozīda nosaukumu.
Tādējādi fosfātu grupas pievienošana, kas maina nukleozīdus, ir nukleotīdi.
Turklāt, saskaņā ar konkrētu nukleotīdu definīciju, šie organiskie savienojumi būtu "nukleozīdi, kuriem ir viena vai vairākas fosfātu grupas, kas saistītas ar 5.
Organizācija DNS
DNS vai dezoksiribonukleīnskābe ir liela bioloģiska molekula, ko veido divas ļoti garas nukleotīdu virknes (vai polinukleotīdu pavedieni ).
Šiem polinukleotīdu pavedieniem piemīt dažas īpašības, kas ir pelnījušas īpašu pieminēšanu, jo tās arī cieši saistītas ar slāpekļa bāzēm:
- Tie ir apvienoti.
- Tie ir orientēti pretējos virzienos ("pretparalēles pavedieni").
- Viņi viens otru iet, it kā tie būtu divi spirāli.
- To veidojošajiem nukleotīdiem ir tāds izvietojums, ka slāpekļa bāzes ir orientētas uz katras spirāles centrālo asi, savukārt pentozes un fosfātu grupas veido pēdējās sastatnes.
Nukleotīdu vienskaitļa izkārtojums izraisa, ka katra no divām polinukleotīdu filamenta slāpekļa bāzēm ar ūdeņraža saitēm savienojas ar slāpekļa bāzi, kas atrodas otrā kvēldiegā. Tāpēc šī savienība rada bāzu kombinācijas, kombinācijas, kuras bioloģiskie un ģenētiskie speciālisti sauc par pāriem, vai bāzu pāri .
Iepriekš teikts, ka abi kvēldiegi ir savienoti kopā: tā ir saikne starp dažādu polinukleotīdu filamentu dažādām slāpekļa bāzēm, kas nosaka to savienojumu.
PAPILDU BĀZU PAPILDINĀJUMA KONCEPCIJA
Pētot DNS struktūru, pētnieki saprata, ka slāpekļa bāzes savienošana ir ļoti specifiska . Faktiski viņi pamanīja, ka adenīns pievienojas tikai timīnam, bet citozīns saistās tikai ar guanīnu.
Ņemot vērā šo atklājumu, viņi radīja terminu " komplementaritāte starp slāpekļa bāzēm ", lai norādītu uz adenīna nepārprotamu saistīšanos ar timīnu un citozīnu ar guanīnu.
Papildu savienojumu identificēšana starp slāpekļa bāzēm bija galvenais faktors, lai izskaidrotu DNS fiziskās dimensijas un īpašo stabilitāti, ko izmanto divi polinukleotīdu pavedieni.
Izšķirīgu ieguldījumu DNS struktūras atklāšanā (no divu polinukleotīdu virzienu spirālveida tinuma līdz papildinošo slāpekļa bāzu savienošanai) sniedza amerikāņu biologs Džeimss Vatsons un angļu biologs Francis Crick, 1953. gadā.
Ar tā saukto „ dubultā spirāles modeli ” formulējumu Watson un Crick bija neticami intuīcija, kas atspoguļoja epohālo pagrieziena punktu molekulārās bioloģijas un ģenētikas jomā.
Faktiski, precīzas DNS struktūras atklāšana ļāva pētīt un saprast bioloģiskos procesus, kas kā galveno varoņu uzskata dezoksiribonukleīnskābi: no tā, kā RNS tiek replikēta vai veidota tā, kā tā rada proteīnus.
TIESAS, KURAS UZSĀK LUNG PUSES, KAS PIEVIENOTI
Divu slāpekļa bāzu savienošana DNS molekulā, veidojot komplementāru savienojumu, ir virkne ķīmisko saišu, kas pazīstamas kā ūdeņraža saites .
Adenīns un timīns savstarpēji mijiedarbojas ar divām ūdeņraža saitēm, bet guanīns un citozīns, izmantojot trīs ūdeņraža saites.
KĀ DAUDZ AOTĀTU PAMATU KONCENTI AR CILVĒKU DNS MOLEKUĻU?
Vispārējā cilvēka DNS molekulā ir aptuveni 3, 3 miljardi pamata slāpekļa pāru, kas ir aptuveni 3, 3 miljardi nukleotīdu uz vienu šķiedru.
Attēls: ķīmiskā mijiedarbība starp adenīnu un timīnu, kā arī starp guanīnu un citozīnu. Lasītājs var atzīmēt ūdeņraža saišu atrašanās vietu un skaitu, kas kopā satur divu polinukleotīdu pavedienu slāpekļa bāzes.
Organizācija RNS
Atšķirībā no DNS, RNS vai ribonukleīnskābes ir nukleīnskābe, kas parasti sastāv no vienas nukleotīdu virknes.
Tāpēc slāpekļa bāzes, kas to veido, ir "nesaistītas".
Tomēr jānorāda, ka komplementārā slāpekļa bāze nav izslēgta, ka RNS slāpekļa bāzes var parādīties tāpat kā DNS.
Citiem vārdiem sakot, viena RNS kvēldiega slāpekļa bāzes, saskaņā ar slāpekļa bāzu komplementaritātes likumiem, var sakrist tieši tāpat kā DNS slāpekļa bāzes.
Papildu savienojums starp divu atsevišķu RNS molekulu slāpekļa bāzēm ir svarīgs proteīnu sintēzes process (vai proteīnu sintēze ).
URACILE REPLACES TIMINA
RNS uracils aizvieto DNS timīnu ne tikai struktūrā, bet arī komplementārajā pārī: faktiski tas ir slāpekļa bāze, kas specifiski saistās ar adenīnu, kad funkcionālu iemeslu dēļ parādās divas atšķirīgas RNS molekulas.
Bioloģiskā loma
Gēnu ekspresija ir atkarīga no slāpekļa bāzu secības, kas savienotas ar DNS nukleotīdiem. Gēni ir vairāk vai mazāk ilgi DNS segmenti (ti, nukleotīdu segmenti), kas satur informāciju, kas ir būtiska proteīnu sintēzes veikšanai. Proteīnus veido aminoskābes, kas ir bioloģiskas makromolekulas, kurām ir būtiska loma organisma šūnu mehānismu regulēšanā.
Dotā gēna slāpekļa bāzes secība nosaka saistītās olbaltumvielas aminoskābju secību.
