Dusíkaté bázy, ako sa líšia, klasifikácia a funkcie



dusíkaté bázy sú to organické zlúčeniny heterocyklickej formy, bohaté na dusík. Sú súčasťou štruktúrnych blokov nukleových kyselín a iných biologicky zaujímavých molekúl, ako sú nukleozidy, dinukleotidy a intracelulárne poslovia. Inými slovami, dusíkaté bázy sú súčasťou jednotiek, ktoré tvoria nukleové kyseliny (RNA a DNA) a ďalšie uvedené molekuly.

Existujú dve hlavné skupiny dusíkatých báz: purínové zásady alebo puríny a pyrimidínové bázy alebo pyrimidíny. Prvá skupina zahŕňa adenín a guanín, zatiaľ čo tymín, cytozín a uracil sú pyrimidínové bázy. Všeobecne sú tieto bázy označené prvým písmenom: A, G, T, C a U.

DNA bloky sú A, G, T a C. V tomto usporiadaní báz sú kodifikované všetky potrebné informácie pre konštrukciu a vývoj živého organizmu. V RNA sú zložky rovnaké, len že T je nahradené U.

index

  • 1 Štruktúra a klasifikácia
    • 1.1 Kruh pyrimidínov
    • 1.2 Purínový kruh
  • 2 Vlastnosti dusíkatých báz
    • 2.1 Aromatickosť
    • 2.2 Absorpcia UV žiarenia
    • 2.3 Rozpustnosť vo vode
  • 3 Dusíkaté zásady biologického významu
  • 4 Ako sa spárujú?
    • 4.1 Pravidlo Chargaff
  • 5 Funkcie
    • 5.1 Štruktúrne bloky nukleových kyselín
    • 5.2 Štruktúrne bloky nukleozid trifosfátov
    • 5.3
    • 5.4 Štrukturálne bloky regulačných prvkov
    • 5.5 Štruktúrne bloky koenzýmov
  • 6 Referencie

Štruktúra a klasifikácia

Dusíkaté bázy sú ploché molekuly aromatického a heterocyklického typu, ktoré sú všeobecne odvodené od purínov alebo pyrimidínov..

Kruh pyrimidínov

Kruh pyrimidínov je heterocyklický aromatický kruh so šiestimi členmi a dvoma atómami dusíka. Atómy sú číslované po smere hodinových ručičiek.

Purínový kruh

Purínový kruh sa skladá z dvojkruhového systému: jeden je štruktúrne podobný pyrimidínovému kruhu a druhý podobný imidazolovému kruhu. Týchto deväť atómov je fúzovaných do jedného kruhu.

Kruh pyrimidínov je plochý systém, zatiaľ čo puríny sa trochu odlišujú od tohto vzoru. Medzi imidazolovým kruhom a pyrimidínovým kruhom bol zaznamenaný mierny záhyb alebo vrások..

Vlastnosti dusíkatých báz

aromaticita

V organickej chémii, a aromatický kruh je definovaná ako molekula, ktorej elektróny dvojitých väzieb majú voľnú cirkuláciu v cyklickej štruktúre. Mobilita elektrónov v kruhu dáva molekule stabilitu - ak ju porovnáme s tou istou molekulou - ale s elektrónmi fixovanými v dvojitých väzbách.

Aromatická povaha tohto kruhového systému im dáva schopnosť zažiť jav nazývaný keto-enol tautoméria.

To znamená, že puríny a pyrimidíny existujú v tautomérnych pároch. Keto tautoméry prevažujú pri neutrálnom pH pre bázu uracilu, tymínu a guanínu. Na rozdiel od toho, enolová forma prevláda pre cytozín pri neutrálnom pH. Tento aspekt je základom pre vytvorenie vodíkových mostíkov medzi základňami.

Absorpcia UV svetla

Ďalšou vlastnosťou purínov a pyrimidínov je ich schopnosť silne absorbovať ultrafialové svetlo (UV svetlo). Tento absorpčný vzor je priamym dôsledkom aromatickosti jeho heterocyklických kruhov.

Absorpčné spektrum má maximum blízke 260 nm. Výskumníci používajú tento vzor na kvantifikáciu množstva DNA vo svojich vzorkách.

Rozpustnosť vo vode

Vďaka silnému aromatickému charakteru dusíkatých báz sú tieto molekuly prakticky nerozpustné vo vode.

Dusíkaté zásady biologického významu

Hoci existuje veľké množstvo dusíkatých báz, nájdeme len niekoľko prirodzene v bunkovom prostredí živých organizmov.

Najbežnejšie pyrimidíny sú cytozín, uracil a tymín (5-metyluracil). Cytozín a tymín sú pyrimidíny, ktoré zvyčajne nájdeme v dvojitej špirále DNA, zatiaľ čo cytozín a uracil sú bežné v RNA. Všimnite si, že jediným rozdielom medzi uracilom a tymínom je metylová skupina na uhlíku 5.

Podobne najbežnejšími purínmi sú adenín (6-amino-purín) a guanín (2-amino-6-oxy-purín). Tieto zlúčeniny sú bohaté na molekuly DNA aj RNA.

Existujú aj iné deriváty purínov, ktoré prirodzene nájdeme v bunke, medzi nimi xantín, hypoxantín a kyselina močová. Prvé dve sa nachádzajú v nukleových kyselinách, ale veľmi zriedkavo a presne. Oproti tomu kyselina močová sa nikdy nenachádza ako štruktúrna zložka týchto biomolekúl.

Ako sa spárujú?

Štruktúru DNA objasnili vedci Watson a Crick. Vďaka jeho štúdiu bolo možné konštatovať, že DNA je dvojitá špirála. Je tvorený dlhým reťazcom nukleotidov spojených fosfodiesterovými väzbami, v ktorých fosfátová skupina vytvára mostík medzi hydroxylovými skupinami (-OH) zvyškov cukru.

Štruktúra, ktorú sme práve opísali, pripomína schodisko spolu s príslušným zábradlím. Dusíkaté bázy sú analógy schodov, ktoré sú zoskupené v dvojitej špirále pomocou vodíkových mostíkov.

Vo vodíkovom mostíku zdieľajú dva elektronegatívne atómy protóny medzi bázami. Pre vytvorenie vodíkového mostíka je potrebné zapojenie atómu vodíka s miernym kladným nábojom a akceptora s malým záporným nábojom.

Most je tvorený medzi H a O. Tieto spojenia sú slabé a musia byť, pretože DNA sa musí otvárať ľahko, aby sa mohla replikovať..

Chargaffovo pravidlo

Páry báz tvoria vodíkové väzby podľa nasledujúceho vzoru párenia purín-pyrimidín známeho ako Chargaffove pravidlo: guanínové páry s cytozínom a adenín s tymínom.

Pár GC spolu tvoria tri atómy vodíka, zatiaľ čo pár AT je spojený iba dvoma mostíkmi. Môžeme teda predpovedať, že DNA s vyšším obsahom GC bude stabilnejšia.

Každý z reťazcov (alebo zábradlia v našej analógii) beží v opačných smeroch: jedna 5 '→ 3' a druhá 3 '→ 5'.

funkcie

Štruktúrne bloky nukleových kyselín

Organické bytosti predstavujú typ biomolekúl nazývaných nukleové kyseliny. Jedná sa o polyméry značnej veľkosti tvorené opakovanými monomérmi: nukleotidy, spojené pomocou špeciálneho typu väzby, nazývané fosfodiesterová väzba. Sú rozdelené do dvoch základných typov, DNA a RNA.

Každý nukleotid je tvorený fosfátovou skupinou, cukrom (typu deoxyribózy v DNA a ribózou v RNA) a jednou z piatich dusíkatých báz: A, T, G, C a U. Ak fosfátová skupina nie je prítomná molekula sa nazýva nukleozid.

V DNA

DNA je genetický materiál živých bytostí (s výnimkou niektorých vírusov, ktoré používajú hlavne RNA). Pomocou kódu 4 báz má DNA sekvenciu pre všetky proteíny, ktoré existujú v organizmoch, okrem prvkov, ktoré regulujú expresiu tých istých proteínov..

Štruktúra DNA musí byť stabilná, pretože organizmy ju používajú na kódovanie informácií. Je to však molekula náchylná na zmeny, nazývaná mutácia. Tieto zmeny v genetickom materiáli sú základným materiálom pre evolučnú zmenu.

V RNA

Podobne ako DNA, RNA je polymér nukleotidov, s výnimkou, že báza T je nahradená U. Táto molekula je vo forme jednoduchého pásu a spĺňa širokú škálu biologických funkcií.

V bunke sú tri hlavné RNA. Messenger RNA je sprostredkovateľom medzi tvorbou DNA a proteínu. Má na starosti kopírovanie informácií v DNA a prevzatie do strojového prekladu proteínov. Ribozomálna RNA, druhý typ, tvorí štrukturálnu časť tohto komplexného mechanizmu.

Tretí typ alebo transferová RNA je zodpovedná za nesenie aminokyselinových zvyškov vhodných na syntézu proteínov.

Okrem troch "tradičných" RNA existuje množstvo malých RNA, ktoré sa podieľajú na regulácii génovej expresie, pretože v bunke nemôžu byť všetky gény kódované v DNA konštantne a v rovnakom rozsahu exprimované..

Je nevyhnutné, aby organizmy mali spôsoby regulácie svojich génov, to znamená rozhodovanie, či sú alebo nie sú vyjadrené. Analogicky genetický materiál pozostáva len zo slovníka slov v španielčine a mechanizmus regulácie umožňuje tvorbu literárneho diela..

Štruktúrne bloky nukleozid trifosfátov

Dusíkaté bázy sú súčasťou nukleozidových trifosfátov, čo je molekula, ktorá je rovnako ako DNA a RNA biologicky zaujímavá. Okrem bázy sa skladá z pentózy a troch fosfátových skupín spojených pomocou vysokoenergetických väzieb..

Vďaka týmto väzbám sú nukleozidové trifosfáty molekulami bohatými na energiu a sú hlavným produktom metabolických ciest, ktoré hľadajú uvoľnenie energie. Medzi najpoužívanejšie patrí ATP.

ATP alebo adenozíntrifosfát je tvorený dusíkatou adenínovou bázou, viazanou na uhlík umiestnený v polohe 1 cukru typu pentóza: ribóza. V polohe 5 tohto sacharidu sú spojené tri fosfátové skupiny.

Všeobecne platí, že ATP je energetická mena bunky, pretože môže byť rýchlo použitá a regenerovaná. Mnoho metabolických dráh, ktoré sú bežné medzi organickými bytosťami, používajú a produkujú ATP.

Jeho "moc" je založená na vysokoenergetických väzbách, vytvorených fosfátovými skupinami. Negatívne náboje týchto skupín sú v neustálom odpudzovaní. Existujú aj iné príčiny, ktoré predisponujú hydrolýzu v ATP, vrátane stabilizácie rezonanciou a solvatáciou..

autacoid

Hoci väčšina nukleozidov nemá významnú biologickú aktivitu, adenozín je výraznou výnimkou u cicavcov. Táto funkcia funguje ako autokoid, podobne ako "lokálny hormón" a ako neuromodulátor.

Tento nukleozid voľne cirkuluje v krvnom riečisku a pôsobí lokálne, s rôznymi efektmi v dilatáciu ciev, kontrakcie hladkého svalstva, neurónový výboje, uvoľňovanie neurotransmiterov a metabolizmus tukov. Súvisí tiež s reguláciou srdcovej frekvencie.

Táto molekula sa tiež podieľa na regulácii vzorov spánku. Koncentrácia adenozínu sa zvyšuje a podporuje únavu. To je dôvod, prečo nám kofeín pomáha udržať sa hore: blokuje neuronálne interakcie s extracelulárnym adenozínom.

Štrukturálne bloky regulačných prvkov

Významné množstvo metabolických ciest bežných v bunkách má regulačné mechanizmy založené na hladinách ATP, ADP a AMP. Dve posledné molekuly Eta majú rovnakú štruktúru ATP, ale stratili jednu a dve fosfátové skupiny.

Ako sme uviedli v predchádzajúcej časti, ATP je nestabilná molekula. Bunka musí produkovať ATP len vtedy, keď ju potrebuje, pretože ju musí používať rýchlo. ATP sám o sebe je tiež prvkom, ktorý reguluje metabolické dráhy, pretože jeho prítomnosť znamená bunke, že by nemala produkovať viac ATP.

Naopak, jeho hydrolyzované deriváty (AMP) varujú bunku, že ATP sa blíži a mali by produkovať viac. Tak AMP aktivuje metabolické cesty produkcie energie, ako je glykolýza.

Podobne mnoho známok hormonálnej typu (ako sú zapojené do metabolizmu glykogénu) sú sprostredkované intracelulárne molekuly cAMP (cyklický je c) alebo podobnú variantu, ale guanín v jeho štruktúre: cGMP.

Štrukturálne bloky koenzýmov

Vo viacerých krokoch metabolických ciest enzýmy nemôžu pôsobiť samostatne. Potrebujú ďalšie molekuly, aby mohli plniť svoje funkcie; tieto prvky sa nazývajú koenzýmy alebo ko-substráty, pričom druhý termín je vhodnejší, pretože koenzýmy nie sú katalyticky aktívne.

V týchto katalytických reakciách existuje potreba prenosu elektrónov alebo skupiny atómov na iný substrát. Pomocné molekuly, ktoré sa podieľajú na tomto fenoméne, sú koenzýmy.

Dusíkaté bázy sú štruktúrnymi prvkami uvedených kofaktorov. Medzi najznámejšie sú pyrimidínové nukleotidy (NAD)+, NADP+), FMN, FAD a koenzýmu A. Tieto sa podieľajú na veľmi dôležitých metabolických dráhach, ako je glykolýza, Krebsov cyklus, fotosyntéza, okrem iného..

Napríklad pyrimidínové nukleotidy sú veľmi dôležité koenzýmy enzýmov s dehydrogenázovou aktivitou a sú zodpovedné za transport hydridových iónov..

referencie

  1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, A.D., Lewis, J., Raff, M., ... & Walter, P. (2013). Základná bunková biológia. Garland Science.
  2. Cooper, G.M., & Hausman, R.E. (2007). Bunka: molekulárny prístup. Washington, DC, Sunderland, MA.
  3. Griffiths, A. J. (2002). Moderná genetická analýza: integrácia génov a genómov. Macmillan.
  4. Griffiths, A. J., Wessler, S. R., Lewontin, R.C., Gelbart, W.M., Suzuki, D.T., & Miller, J.H. (2005). Úvod do genetickej analýzy. Macmillan.
  5. Koolman, J., & Röhm, K. H. (2005). Biochémia: text a atlas. Panamericana Medical.
  6. Passarge, E. (2009). Genetický text a atlas. Panamericana Medical.