generalitet
De nitrogenholdige baser er aromatiske heterocykliske organiske forbindelser, der indeholder nitrogenatomer, som deltager i dannelsen af nucleotider.
Frugt af sammenslutningen af en nitrogenholdig base, en pentose (dvs. et sukker med 5 carbonatomer) og en phosphatgruppe, nukleotider er molekylenhederne, der udgør nucleinsyrerne DNA og RNA.
I DNA er de nitrogenholdige baser: adenin, guanin, cytosin og thymin; i RNA er de de samme, undtagen thyminen, i hvis sted der er en nitrogenbaseret base kaldet uracil.
Til forskel fra dem af RNA danner de kvælstofbaserede baser af DNA parring eller basepar. Tilstedeværelsen af disse parring er mulig, fordi DNA'et har en dobbeltstrenget nukleotidstruktur.
Genekspression afhænger af sekvensen af nitrogenholdige baser kombineret med DNA nukleotider.
Hvad er nitrogenholdige baser?
De nitrogenholdige baser er de organiske molekyler, der indeholder nitrogen, som deltager i dannelsen af nukleotider .
Hver af dem dannet af en nitrogenholdig base, et sukker med 5 carbonatomer (pentose) og en phosphatgruppe er nukleotider molekylenhederne, der udgør nucleinsyrerne DNA og RNA .
Nukleinsyrer DNA og RNA er de biologiske makromolekyler, på hvilke udviklingen og den korrekte funktion af cellerne i et levende væsen er afhængige.
NITROGEN BASER AF NUCLEISKE Syrer
De nitrogenholdige baser, der udgør nucleinsyrerne DNA og RNA er: adenin, guanin, cytosin, thymin og uracil .
Adenin, guanin og cytosin er fælles for begge nukleinsyrer, dvs. de er en del af både DNA nukleotider og RNA nukleotider. Thymine er eksklusivt til DNA, mens uracil er eksklusivt for RNA .
Et kort sammenfatning hører så de nitrogenholdige baser, der danner en nukleinsyre (det være sig DNA eller RNA), til 4 forskellige typer.
AFKORTELSER AF NITROGEN BASER
Kemister og biologer anså det for hensigtsmæssigt at forkorte navnene på de nitrogenholdige baser med et enkelt bogstav i alfabetet. På denne måde har de gjort nøjagtige og hurtigere repræsentation og beskrivelse af nukleinsyrer på tekster.
Adeninen falder sammen med hovedbogstaverne A; guanin med bogstavet G; cytosin med et bogstav C; thymin med hovedbogstaverne T; Endelig uracilet med bogstavet U.
Klasser og struktur
Der er to klasser af nitrogenholdige baser: klassen af de nitrogenholdige baser, der stammer fra pyrimidin og klassen af de nitrogenholdige baser, der hidrører fra purinen .
Figur: Generisk kemisk struktur af en pyrimidin og en purin.
De nitrogenholdige baser, der stammer fra pyrimidin, er også kendte med de alternative navne på: pyrimidin- eller pyrimidin-kvælstofbaser ; mens de kvælstofbaserede baser, der stammer fra purinen, også er kendt med de alternative ord af: purin eller purin nitrogenholdige baser .
Cytosin, thymin og uracil tilhører klassen af pyrimidin-nitrogenholdige baser; adenin og guanin udgør derimod klassen af purine nitrogenholdige baser.
Eksempler på purinderivater, bortset fra nitrogenbaser af DNA og RNA
Blandt purinderivaterne er der også organiske forbindelser, som ikke er nitrogenholdige baser af DNA og RNA. For eksempel falder forbindelser som koffein, xanthin, hypoxanthin, theobromin og urinsyre ind i denne kategori.
HVAD ER AZOTE BASER FRA DET KEMISKE VIEWPOINT?
Organiske kemikere definerer nitrogenholdige baser og alle purin- og pyrimidinderivater som heterocykliske aromatiske forbindelser .
- En heterocyklisk forbindelse er en organisk ring (eller cyklisk) forbindelse, som i den førnævnte ring har et eller flere andre atomer end carbon. I tilfælde af puriner og pyrimidiner er andre atomer end carbonatomer nitrogenatomer.
- En aromatisk forbindelse er en ringformet organisk forbindelse med strukturelle og funktionelle egenskaber, der ligner dem af benzen.
STRUKTUR
Figur: kemisk struktur af benzen.
Den kemiske struktur af de nitrogenholdige baser afledt af pyrimidin består hovedsagelig i en enkelt ring med 6 atomer, hvoraf 4 er carbon og 2 er nitrogen.
Faktisk er en pyrimidin-nitrogenbaseret base en pyrimidin med en eller flere substituenter (dvs. et enkeltatom eller en gruppe af atomer) bundet til en af ringens carbonatomer.
I modsætning hertil består den kemiske struktur af de nitrogenholdige baser afledt af purinen hovedsagelig i en dobbeltring med 9 totale atomer, hvoraf 5 er carbon og 4 er nitrogen. Den ovennævnte dobbeltring med 9 totale atomer stammer fra fusion af en pyridiminisk ring (dvs. pyrimidinringen) med en imidazolring (dvs. ringen af imidazol, en anden organisk heterocyklisk forbindelse).
Figur: Imidazolstruktur.
Som det er kendt indeholder pyrimidinringen 6 atomer; mens imidazolringen indeholder 5. Med fusion deler de to ringe to carbonatomer hver og dette forklarer hvorfor den endelige struktur indeholder specifikt 9 atomer.
PLACERING AF NITROGEN ATOMER I PURIN OG PYRIMIDIN
For at forenkle undersøgelsen og beskrivelsen af organiske molekyler har organiske kemikere tænkt på at tildele et identifikationsnummer til kulene og til alle de andre atomer af understøttende strukturer. Nummereringen starter altid fra 1, den er baseret på meget specifikke tildelingskriterier (som her er bedre at udelade) og tjener til at fastslå positionen af hvert atom inden for molekylet.
For pyrimidiner fastslår de numeriske tildelingskriterier, at de 2 nitrogenatomer indtager position 1 og position 3, mens de 4 carbonatomer ligger i positionerne 2, 4, 5 og 6.
For puriner angiver de numeriske tildelingskriterier på den anden side, at de 4 nitrogenatomer indtager stillinger 1, 3, 7 og 9, mens de 5 carbonatomer ligger i positionerne 2, 4, 5, 6 og 8.
Position i nukleotider
Den nitrogenholdige base af et nukleotid forbinder altid carbonet i position 1 af den tilsvarende pentose gennem en kovalent N-glycosidbinding .
specifikt
- De nitrogenholdige baser, der stammer fra pyrimidinen, danner N-glycosidbindingen gennem deres nitrogen i position 1 ;
- Mens de nitrogenholdige baser, der stammer fra purinen, danner N-glycosidbindingen gennem deres nitrogen i position 9 .
I den kemiske struktur af nukleotider repræsenterer pentosen det centrale element, hvortil den nitrogenholdige base og phosphatgruppen binder.
Den kemiske binding, der forener fosfatgruppen til pentosen, er af phosphodiester- typen og involverer et oxygen af phosphatgruppen og carbonet i position 5 af pentosen.
Når AZOTE BASER FORMER EN NUCLEOSIDE?
Kombinationen af en nitrogenholdig base og en pentose danner et organisk molekyle, der betegner nukleosidet .
Således er det tilføjelsen af phosphatgruppen, som ændrer nukleosider til nukleotider.
Desuden ville disse organiske forbindelser ifølge en bestemt definition af nukleotider være "nucleosider, som har en eller flere phosphatgrupper bundet til carbon 5 af den valgte pentose".
Organisation i DNA
DNA eller deoxyribonukleinsyre er et stort biologisk molekyle dannet af to meget lange tråde af nukleotider (eller polynukleotidfilamenter ).
Disse polynukleotidfilamenter har nogle karakteristika, som fortjener en særlig omtale, fordi de også nærmer sig de nitrogenholdige baser:
- De er sammenføjet.
- De er orienteret i modsatte retninger ("antiparallelle filamenter").
- De pakker hinanden sammen, som om de var to spiraler.
- De nukleotider, der udgør dem, har en disposition således, at de nitrogenholdige baser er orienteret mod hver spirals centrale akse, medens pentoserne og phosphatgrupperne danner den ydre stillads af sidstnævnte.
Nukleotidernes ensartede arrangement bevirker, at hver kvælstofbaseret base af et af de to polynukleotidfilamenter forener gennem hydrogenbindinger til en nitrogenholdig base, der er til stede på det andet filament. Denne union skaber derfor en kombination af baser, kombinationer, som biologiske og genetikere kalder parring eller et par baser .
Det er blevet anført ovenfor, at de to filamenter er sammenføjet: det er bindingerne mellem de forskellige nitrogenholdige baser af de to polynukleotidfilamenter, der bestemmer deres union.
BEGRUNDELSE AF SUPPLERENDE MELLEM BASEREDE BASER
Ved at studere DNA-strukturen indså forskerne, at parring af nitrogenholdige baser er meget specifik . Faktisk bemærkede de, at adenin kun er forbundet med thymin, mens cytosin binder kun til guanin.
I lyset af denne opdagelse udgjorde de udtrykket " komplementaritet mellem nitrogenbaserede baser " for at indikere den univokale binding af adenin med thymin og cytosin med guanin.
Identifikationen af komplementær sammenkobling mellem nitrogenholdige baser var nøglen til at forklare de fysiske dimensioner af DNA og den særlige stabilitet, der blev nydt af de to polynukleotidfilamenter.
Et afgørende bidrag til opdagelsen af DNA-strukturen (fra spiralvikling af de to polynukleotidstrenger til parring af komplementære nitrogenbaserede baser) blev givet af den amerikanske biolog James Watson og den engelske biolog Francis Crick i 1953.
Med formuleringen af den såkaldte " double helix model " havde Watson og Crick en utrolig intuition, som repræsenterede et epokalt vendepunkt inden for molekylærbiologi og genetik.
Faktisk gjorde opdagelsen af den nøjagtige DNA struktur mulig for undersøgelsen og forståelsen af de biologiske processer, der ser deoxyribonukleinsyre som hovedpersonen: fra hvordan RNA replikeres eller formes til, hvordan det genererer proteiner.
De bånd, der holder kobber af lunge baser sammen
Sammenføjning af to nitrogenholdige baser i et DNA-molekyle, der danner den komplementære parring, er en række kemiske bindinger, kendt som hydrogenbindinger .
Adenin og thymin interagerer med hinanden ved hjælp af to hydrogenbindinger, mens guanin og cytosin ved hjælp af tre hydrogenbindinger.
Hvor mange kopper AZOTATE BASES INDEHOLDER EN MENNESK DNA MOLECULE?
Et generisk humant DNA molekyle indeholder ca. 3, 3 mia. Basiske kvælstofpar, som er ca. 3, 3 mia. Nukleotider pr. Filament.
Figur: kemisk interaktion mellem adenin og thymin og mellem guanin og cytosin. Læseren kan bemærke positionen og nummeret af hydrogenbindingerne, som holder sammen de nitrogenholdige baser af to polynukleotidfilamenter.
Organisation i RNA
I modsætning til DNA, RNA eller ribonukleinsyre er en nukleinsyre normalt sammensat af en enkelt streng af nukleotider.
Derfor er de kvælstofbaserede baser, der udgør det, "uparrede".
Det skal dog påpeges, at manglen på en supplerende kvælstofbasestreng ikke udelukker muligheden for, at RNA-nitrogenbaserne kan fremstå som DNA.
Med andre ord kan de kvælstofbaserede baser af et enkelt RNA-filament matche, i overensstemmelse med lovene om komplementaritet mellem nitrogenholdige baser, nøjagtigt som de kvælstofbaserede baser af DNA.
Den komplementære sammenkobling mellem nitrogenbaserede baser af to forskellige RNA-molekyler er grundlaget for den vigtige proces af proteinsyntese (eller proteinsyntese ).
URACILE SKIFTER TIMINA
I RNA erstatter uracil DNA-thymin ikke kun i struktur, men også i komplementær sammenkobling: Faktisk er det den nitrogenholdige base, som specifikt binder til adenin, når to forskellige RNA-molekyler forekommer af funktionelle årsager.
Biologisk rolle
Ekspressionen af generne afhænger af sekvensen af nitrogenholdige baser, der er forbundet til DNA'ets nukleotider. Gen er mere eller mindre lange segmenter af DNA (dvs. nukleotidsegmenter), som indeholder de essentielle oplysninger til proteinsyntese. Fremstillet af aminosyrer, proteiner er biologiske makromolekyler, som spiller en grundlæggende rolle i regulering af en organisms cellulære mekanismer.
Sekvensen af nitrogenholdige baser af et givet gen specificerer aminosyresekvensen af det beslægtede protein.
