ogólność
Zasady azotowe są aromatycznymi heterocyklicznymi związkami organicznymi, zawierającymi atomy azotu, które biorą udział w tworzeniu nukleotydów.
Nukleotydy, będące owocem połączenia bazy azotowej, pentozy (tj. Cukru z 5 atomami węgla) i grupy fosforanowej, są jednostkami molekularnymi, które tworzą kwasy nukleinowe DNA i RNA.
W DNA zasady azotowe to: adenina, guanina, cytozyna i tymina; w RNA są takie same, z wyjątkiem tyminy, w której miejscu znajduje się azotowa baza zwana uracylem.
W przeciwieństwie do RNA, zasady azotowe DNA tworzą pary par lub zasad. Obecność tych par jest możliwa, ponieważ DNA ma dwuniciową strukturę nukleotydową.
Ekspresja genu zależy od sekwencji zasad azotowych połączonych z nukleotydami DNA.
Czym są zasady azotowe?
Zasady azotowe są cząsteczkami organicznymi zawierającymi azot, które biorą udział w tworzeniu nukleotydów .
Nukleotydy, utworzone z bazy azotowej, cukru z 5 atomami węgla (pentozy) i grupy fosforanowej, są jednostkami molekularnymi, które tworzą kwasy nukleinowe DNA i RNA .
Kwasy nukleinowe DNA i RNA są biologicznymi makrocząsteczkami, od których zależy rozwój i prawidłowe funkcjonowanie komórek żywej istoty.
PODSTAWY AZOTÓW KWASÓW NUKLEINOWYCH
Podstawami azotowymi tworzącymi kwasy nukleinowe DNA i RNA są: adenina, guanina, cytozyna, tymina i uracyl .
Adenina, guanina i cytozyna są wspólne dla obu kwasów nukleinowych, tj. Są częścią zarówno nukleotydów DNA, jak i nukleotydów RNA. Tymina występuje wyłącznie w DNA, podczas gdy uracyl jest wyłącznie w RNA .
Podsumowując, zasady azotowe tworzące kwas nukleinowy (DNA lub RNA) należą do 4 różnych typów.
SKRÓTY PODSTAW AZOTOWYCH
Chemicy i biolodzy uznali za właściwe skrócenie nazw zasad azotowych za pomocą jednej litery alfabetu. W ten sposób uczyniły reprezentację i opis kwasów nukleinowych w tekstach łatwiejszymi i szybszymi.
Adenina pokrywa się z wielkimi literami A; guanina z wielką literą G; cytozyna z wielką literą C; tymina z wielkimi literami T; wreszcie uracyl z wielką literą U.
Klasy i struktura
Istnieją dwie klasy zasad azotowych: klasa zasad azotowych, które pochodzą od pirymidyny i klasa zasad azotowych, które pochodzą z puryn .
Rysunek: ogólna struktura chemiczna pirymidyny i puryn.
Zasady azotowe pochodzące z pirymidyny są również znane z alternatywnymi nazwami: pirymidynowych lub pirymidynowych zasad azotowych ; podczas gdy zasady azotowe pochodzące z puryn są również znane z alternatywnymi słowami: purynowe lub purynowe zasady azotowe .
Cytozyna, tymina i uracyl należą do klasy pirymidynowych zasad azotowych; Natomiast adenina i guanina tworzą klasę purynowych zasad azotowych.
Przykłady pochodnych puryn, innych niż zasady azotowe DNA i RNA
Wśród pochodnych puryn istnieją także związki organiczne, które nie są azotowymi zasadami DNA i RNA. Na przykład związki takie jak kofeina, ksantyna, hipoksantyna, teobromina i kwas moczowy należą do tej kategorii.
JAKIE SĄ PODSTAWY AZOTE Z PUNKTU WIDZENIA CHEMICZNEGO?
Chemicy organiczni definiują zasady azotowe i wszystkie pochodne puryn i pirymidyn jako heterocykliczne związki aromatyczne .
- Związek heterocykliczny jest organicznym związkiem pierścieniowym (lub cyklicznym), który we wspomnianym pierścieniu ma jeden lub więcej atomów innych niż węgiel. W przypadku puryn i pirymidyn atomy inne niż węgiel są atomami azotu.
- Związek aromatyczny jest związkiem organicznym w kształcie pierścienia mającym cechy strukturalne i funkcjonalne podobne do benzenu.
STRUKTURA
Rysunek: struktura chemiczna benzenu.
Struktura chemiczna zasad azotowych pochodzących od pirymidyny składa się głównie z pojedynczego pierścienia z 6 atomami, z których 4 są atomami węgla, a 2 z nich to azot.
W rzeczywistości pirymidynowa zasada azotowa jest pirymidyną z jednym lub większą liczbą podstawników (tj. Pojedynczym atomem lub grupą atomów) związaną z jednym z atomów węgla pierścienia.
W przeciwieństwie do tego, struktura chemiczna zasad azotowych pochodzących z puryn składa się głównie z podwójnego pierścienia z 9 całkowitymi atomami, z których 5 to węgle, a 4 z nich to azot. Wyżej wymieniony podwójny pierścień z 9 całkowitymi atomami pochodzi z połączenia pierścienia pirydiminowego (tj. Pierścienia pirymidynowego) z pierścieniem imidazolowym (tj. Pierścieniem imidazolu, innego organicznego związku heterocyklicznego).
Rysunek: struktura imidazolu.
Jak wiadomo, pierścień pirymidynowy zawiera 6 atomów; podczas gdy pierścień imidazolowy zawiera 5. Z fuzją, dwa pierścienie dzielą po dwa atomy węgla i to wyjaśnia, dlaczego ostateczna struktura zawiera w szczególności 9 atomów.
POŁOŻENIE ATOMÓW AZOTOWYCH W ŚWIECIE I PIRYMIDYNACH
Aby uprościć badanie i opis cząsteczek organicznych, chemicy organiczni pomyśleli o przypisaniu numeru identyfikacyjnego węglom i wszystkim innym atomom struktur wspierających. Numeracja zawsze zaczyna się od 1, opiera się na bardzo specyficznych kryteriach przypisania (które tutaj lepiej pominąć) i służy do ustalenia pozycji każdego atomu w cząsteczce.
Dla pirymidyn kryteria ustalania numerycznego ustalają, że 2 atomy azotu zajmują pozycję 1 i pozycję 3, podczas gdy 4 atomy węgla znajdują się w pozycjach 2, 4, 5 i 6.
Z drugiej strony, dla puryn, kryteria przypisywania liczbowego wskazują, że 4 atomy azotu zajmują pozycje 1, 3, 7 i 9, podczas gdy 5 atomów węgla znajduje się w pozycjach 2, 4, 5, 6 i 8.
Pozycja w nukleotydach
Baza azotowa nukleotydu zawsze łączy węgiel w pozycji 1 odpowiedniej pentozy, poprzez kowalencyjne wiązanie N-glikozydowe .
W szczególności
- Zasady azotowe pochodzące z pirymidyny tworzą wiązanie N-glikozydowe poprzez ich azot w pozycji 1 ;
- Podczas gdy zasady azotowe pochodzące z puryn tworzą wiązanie N-glikozydowe, poprzez ich azot w pozycji 9 .
W strukturze chemicznej nukleotydów pentoza stanowi centralny element, z którym wiąże się zasada azotowa i grupa fosforanowa.
Wiązanie chemiczne łączące grupę fosforanową z pentozą jest typu fosfodiestrowego i obejmuje tlen grupy fosforanowej i węgiel w pozycji 5 pentozy.
JEŚLI BAZY AZOTE WYKONUJĄ NUKLEOZYD?
Połączenie bazy azotowej i pentozy tworzy cząsteczkę organiczną, która przyjmuje nazwę nukleozydu .
Zatem to właśnie dodanie grupy fosforanowej zmienia nukleozydy na nukleotydy.
Ponadto, zgodnie ze szczególną definicją nukleotydów, te związki organiczne byłyby „nukleozydami, które mają jedną lub więcej grup fosforanowych związanych z węglem 5 składowej pentozy”.
Organizacja w DNA
DNA lub kwas dezoksyrybonukleinowy jest dużą cząsteczką biologiczną, utworzoną przez dwie bardzo długie nici nukleotydów (lub filamenty polinukleotydowe ).
Te filamenty polinukleotydowe mają pewne cechy, które zasługują na specjalną wzmiankę, ponieważ również ściśle dotyczą zasad azotowych:
- Są połączone razem.
- Są one zorientowane w przeciwnych kierunkach („przeciwrównoległe włókna”).
- Owijają się nawzajem, jakby były dwiema spiralami.
- Nukleotydy, które je tworzą, mają takie rozmieszczenie, że zasady azotowe są zorientowane w kierunku centralnej osi każdej spirali, podczas gdy pentozy i grupy fosforanowe tworzą zewnętrzne rusztowanie tej drugiej.
Pojedynczy układ nukleotydów powoduje, że każda z zasad azotowych jednego z dwóch filamentów polinukleotydowych łączy się poprzez wiązania wodorowe z zasadą azotową obecną na drugim włóknie. To połączenie tworzy zatem kombinację zasad, kombinacji, które biologiczne i genetyczne nazywają parowaniem lub parą zasad .
Stwierdzono powyżej, że dwa włókna są połączone ze sobą: to wiązania między różnymi zasadami azotowymi dwóch włókien polinukleotydowych określają ich połączenie.
KONCEPCJA UZUPEŁNIAJĄCEGO MIĘDZY BAZY PODSTAWOWEJ
Badając strukturę DNA, naukowcy zdali sobie sprawę, że parowanie zasad azotowych jest wysoce specyficzne . W rzeczywistości zauważyli, że adenina łączy się tylko z tyminą, podczas gdy cytozyna wiąże się tylko z guaniną.
W świetle tego odkrycia ukuli termin „ komplementarność między zasadami azotowymi ”, aby wskazać jednoznaczne wiązanie adeniny z tyminą i cytozyną z guaniną.
Identyfikacja komplementarnego parowania między zasadami azotowymi była kluczem do wyjaśnienia fizycznych wymiarów DNA i szczególnej stabilności, jaką cieszą się dwa filamenty polinukleotydowe.
Decydujący wkład w odkrycie struktury DNA (od spiralnego nawinięcia dwóch nici polinukleotydowych do parowania komplementarnych zasad azotowych) podał amerykański biolog James Watson i angielski biolog Francis Crick w 1953 roku.
Dzięki sformułowaniu tak zwanego „ modelu podwójnej helisy ” Watson i Crick mieli niesamowitą intuicję, która stanowiła epokowy punkt zwrotny w dziedzinie biologii molekularnej i genetyki.
W rzeczywistości odkrycie dokładnej struktury DNA umożliwiło badanie i zrozumienie procesów biologicznych, które widzą kwas dezoksyrybonukleinowy jako głównego bohatera: od tego, jak RNA jest replikowany lub kształtowany, w jaki sposób generuje białka.
Więzi, w których trzymane są części podstaw płuca razem
Łączenie dwóch zasad azotowych w cząsteczce DNA, tworzących komplementarne parowanie, to seria wiązań chemicznych, znanych jako wiązania wodorowe .
Adenina i tymina oddziałują ze sobą za pomocą dwóch wiązań wodorowych, podczas gdy guanina i cytozyna za pomocą trzech wiązań wodorowych.
JAK WIELU CZĘŚCI BAZY AZOTANOWEJ ZAWIERAJĄ CZĘŚĆ LUDZKIEGO DNA?
Ogólna ludzka cząsteczka DNA zawiera około 3, 3 miliarda podstawowych par azotu, które wynoszą około 3, 3 miliarda nukleotydów na filament.
Rysunek: oddziaływanie chemiczne między adeniną i tyminą oraz między guaniną i cytozyną. Czytelnik może zauważyć pozycję i liczbę wiązań wodorowych, które utrzymują razem azotowe zasady dwóch filamentów polinukleotydowych.
Organizacja w RNA
W przeciwieństwie do DNA, RNA lub kwas rybonukleinowy jest kwasem nukleinowym zwykle złożonym z pojedynczej nici nukleotydów.
Dlatego tworzące ją zasady azotowe są „niesparowane”.
Należy jednak podkreślić, że brak komplementarnej nici azotowej nie wyklucza możliwości, że azotowe zasady RNA mogą wyglądać jak DNA.
Innymi słowy, zasady azotowe pojedynczego filamentu RNA mogą się zgadzać, zgodnie z prawami komplementarności między zasadami azotowymi, dokładnie tak jak zasady azotowe DNA.
Komplementarne parowanie między azotowymi zasadami dwóch różnych cząsteczek RNA jest podstawą ważnego procesu syntezy białek (lub syntezy białek ).
URACILE WYMIENI TIMINĘ
W RNA uracyl zastępuje tyminę DNA nie tylko w strukturze, ale także w parowaniu komplementarnym: w rzeczywistości jest to zasada azotowa, która specyficznie wiąże się z adeniną, gdy dwie różne cząsteczki RNA pojawiają się ze względów funkcjonalnych.
Rola biologiczna
Ekspresja genów zależy od sekwencji zasad azotowych połączonych z nukleotydami DNA. Geny są mniej lub bardziej długimi segmentami DNA (tj. Segmentami nukleotydowymi), które zawierają informacje niezbędne do syntezy białek. Składające się z aminokwasów białka są biologicznymi makrocząsteczkami, które odgrywają zasadniczą rolę w regulowaniu mechanizmów komórkowych organizmu.
Sekwencja zasad azotowych danego genu określa sekwencję aminokwasową pokrewnego białka.
