Dusíkaté základy, jak se spárují, klasifikace a funkce



dusíkaté báze jsou to organické sloučeniny heterocyklické formy, bohaté na dusík. Jsou součástí strukturálních bloků nukleových kyselin a dalších molekul biologického zájmu, jako jsou nukleosidy, dinukleotidy a intracelulární poslové. Jinými slovy, dusíkaté báze jsou součástí jednotek, které tvoří nukleové kyseliny (RNA a DNA) a další uvedené molekuly.

Existují dvě hlavní skupiny dusíkatých bází: purinové báze nebo puriny a pyrimidinové báze nebo pyrimidiny. První skupina zahrnuje adenin a guanin, zatímco tymin, cytosin a uracil jsou pyrimidinové báze. Obecně jsou tyto základy označeny prvním písmenem: A, G, T, C a U.

Bloky DNA jsou A, G, T a C. V tomto uspořádání bází jsou kodifikovány všechny potřebné informace pro konstrukci a vývoj živého organismu. V RNA, komponenty jsou stejné, jen to T je nahrazený U.

Index

  • 1 Struktura a klasifikace
    • 1.1 Kruh pyrimidinů
    • 1.2 Purinový kruh
  • 2 Vlastnosti dusíkatých bází
    • 2.1 Aromatičnost
    • 2.2 Absorpce UV světla
    • 2.3 Rozpustnost ve vodě
  • 3 Dusíkaté báze biologického významu
  • 4 Jak se spárují?
    • 4.1 Pravidlo Chargaff
  • 5 Funkce
    • 5.1 Strukturní bloky nukleových kyselin
    • 5.2 Strukturní bloky nukleosid trifosfátů
    • 5.3 Autacoid
    • 5.4 Strukturální bloky regulačních prvků
    • 5.5 Strukturální bloky koenzymů
  • 6 Odkazy

Struktura a klasifikace

Dusíkaté báze jsou ploché molekuly aromatického a heterocyklického typu, které jsou obecně odvozeny od purinů nebo pyrimidinů..

Kruh pyrimidinů

Kruh pyrimidinů je heterocyklický aromatický kruh se šesti členy a dvěma atomy dusíku. Atomy jsou číslovány po směru hodinových ručiček.

Purinový kruh

Purinový kruh sestává ze systému se dvěma kruhy: jeden je strukturně podobný pyrimidinovému kruhu a druhý podobný imidazolovému kruhu. Těchto devět atomů je fúzováno do jediného kruhu.

Kruh pyrimidinů je plochý systém, zatímco puriny se odchylují od tohoto vzoru. Mezi imidazolovým kruhem a pyrimidinovým kruhem byla zaznamenána mírná rýha nebo vráska..

Vlastnosti dusíkatých bází

Aromatičnost

V organické chemii, a aromatický kruh to je definováno jako molekula jehož elektrony dvojných vazeb mají volnou cirkulaci uvnitř cyklické struktury. Mobilita elektronů uvnitř kruhu dává molekule stabilitu - pokud ji porovnáme se stejnou molekulou - ale s elektrony fixovanými ve dvojných vazbách.

Aromatická povaha tohoto kruhového systému jim dává schopnost zažít jev zvaný keto-enol tautomería.

To znamená, že puriny a pyrimidiny existují v tautomerních párech. Keto tautomery převažují při neutrálním pH pro báze uracilu, tyminu a guaninu. Naproti tomu enolová forma převažuje u cytosinu při neutrálním pH. Tento aspekt je zásadní pro tvorbu vodíkových můstků mezi základnami.

Absorpce UV světla

Další vlastností purinů a pyrimidinů je jejich schopnost silně absorbovat ultrafialové světlo (UV světlo). Tento absorpční model je přímým důsledkem aromatičnosti jeho heterocyklických kruhů.

Absorpční spektrum má maximální hodnotu blízkou 260 nm. Výzkumníci používají tento vzor k kvantifikaci množství DNA ve svých vzorcích.

Rozpustnost ve vodě

Díky silnému aromatickému charakteru dusíkatých bází jsou tyto molekuly prakticky nerozpustné ve vodě.

Dusíkaté báze biologického významu

I když existuje velké množství dusíkatých bází, v buněčných prostředích živých organismů se přirozeně nachází jen několik.

Nejběžnějšími pyrimidiny jsou cytosin, uracil a thymin (5-methyluracil). Cytosin a thymin jsou pyrimidiny, které obvykle nalézáme ve dvojité šroubovici DNA, zatímco cytosin a uracil jsou běžné v RNA. Všimněte si, že jediným rozdílem mezi uracilem a thyminem je methylová skupina na uhlíku 5.

Podobně nejběžnějšími puriny jsou adenin (6-amino-purin) a guanin (2-amino-6-oxy-purin). Tyto sloučeniny jsou hojné v molekulách DNA i RNA.

Existují i ​​jiné deriváty purinů, které přirozeně nacházíme v buňce, mezi nimi xantin, hypoxanthin a kyselina močová. První dvě mohou být nalezeny v nukleových kyselinách, ale velmi vzácným a přesným způsobem. Naproti tomu kyselina močová není nikdy nalezena jako strukturní složka těchto biomolekul.

Jak se spárují?

Struktura DNA byla objasněna výzkumníky Watsonem a Crickem. Díky jeho studii bylo možné konstatovat, že DNA je dvojitá šroubovice. Je tvořen dlouhým řetězcem nukleotidů spojených fosfodiesterovými vazbami, ve kterých fosfátová skupina tvoří můstek mezi hydroxylovými skupinami (-OH) cukerných zbytků..

Struktura, kterou jsme právě popsali, připomíná schodiště spolu s příslušným madlem. Dusíkaté báze jsou analogy ke schodům, které jsou seskupeny do dvojité šroubovice pomocí vodíkových mostů.

Ve vodíkovém můstku mají dva elektronegativní atomy proton mezi bázemi. Pro vytvoření vodíkového mostu je nutné zapojení vodíkového atomu s mírným kladným nábojem a akceptoru s malým záporným nábojem.

Most je tvořen mezi H a O. Tyto vazby jsou slabé a musí být, protože DNA se musí otevřít snadno, aby se mohla replikovat..

Chargaffovo pravidlo

Páry bází tvoří vodíkové vazby následující následující pářící vzor purin-pyrimidin známý jako Chargaffovo pravidlo: páry guaninu s cytosinem a adeninem s thyminem.

Pár GC tvoří tři atomy vodíku dohromady, zatímco pár AT je spojen pouze dvěma mosty. Můžeme tedy předpovědět, že DNA s vyšším obsahem GC bude stabilnější.

Každý z řetězců (nebo madla v naší analogii) běží v opačných směrech: jedna 5 '→ 3' a druhá 3 '→ 5'.

Funkce

Strukturní bloky nukleových kyselin

Organické bytosti představují typ biomolekul nazývaných nukleové kyseliny. Jedná se o polymery o značné velikosti tvořené opakovanými monomery: nukleotidy, spojené pomocí speciálního typu vazby, nazývané fosfodiesterová vazba. Jsou rozděleny do dvou základních typů, DNA a RNA.

Každý nukleotid je tvořen fosfátovou skupinou, cukrem (typu deoxyribózy v DNA a ribózou v RNA) a jednou z pěti dusíkatých bází: A, T, G, C a U. Když fosfátová skupina není přítomna molekula se nazývá nukleosid.

V DNA

DNA je genetický materiál živých bytostí (s výjimkou některých virů, které používají hlavně RNA). Použitím kódu 4 bází má DNA sekvenci pro všechny proteiny, které existují v organismech, kromě prvků, které regulují expresi stejných proteinů..

Struktura DNA musí být stabilní, protože organismy ji používají ke kódování informací. Je to však molekula náchylná ke změnám, nazývaná mutace. Tyto změny v genetickém materiálu jsou základním materiálem evoluční změny.

V RNA

Podobně jako DNA, RNA je polymer nukleotidů, s výjimkou, že báze T je nahrazena U. Tato molekula je ve formě jednoduchého pásu a splňuje širokou škálu biologických funkcí.

V buňce jsou tři hlavní RNA. Messenger RNA je prostředníkem mezi tvorbou DNA a proteinu. Má na starosti kopírování informací v DNA a jejich přenesení do stroje pro překlad proteinů. Ribozomální RNA, druhý typ, tvoří strukturální část tohoto komplexního aparátu.

Třetí typ, nebo transferová RNA, je zodpovědný za nesení aminokyselinových zbytků vhodných pro syntézu proteinů.

Kromě tří "tradičních" RNA existuje řada malých RNA, které se podílejí na regulaci genové exprese, protože v buňce nemohou být všechny geny kódované v DNA exprimovány neustále a ve stejném rozsahu..

Je nezbytné, aby organismy měly způsoby regulace svých genů, tj. Rozhodování, zda jsou vyjádřeny či nikoliv. Analogicky, genetický materiál sestává pouze ze slovníku slov ve španělštině a mechanismus regulace dovolí vytvoření literárního díla..

Strukturní bloky nukleosid trifosfátů

Dusíkaté báze jsou součástí nukleosid trifosfátů, což je molekula, která je stejně jako DNA a RNA biologicky zajímavá. Kromě báze se skládá z pentózy a tří fosfátových skupin spojených dohromady vysokoenergetickými vazbami..

Díky těmto vazbám jsou nukleosidové trifosfáty molekulami bohatými na energii a jsou hlavním produktem metabolických cest, které usilují o uvolnění energie. Mezi nejpoužívanější patří ATP.

ATP nebo adenosintrifosfát je tvořen dusíkatou adeninovou bází, vázanou na uhlík umístěný v poloze 1 cukru typu pentózy: ribóza. V poloze 5 tohoto sacharidu jsou spojeny tři fosfátové skupiny.

Obecně platí, že ATP je energetická měna buňky, protože může být rychle použita a regenerována. Mnoho metabolických drah běžných mezi organickými bytostmi používá a produkuje ATP.

Jeho "síla" je založena na vysokoenergetických vazbách, tvořených fosfátovými skupinami. Negativní náboje těchto skupin jsou v neustálém odpuzování. Existují i ​​jiné příčiny, které předurčují hydrolýzu v ATP, včetně stabilizace rezonancí a solvatací..

Autacoid

Ačkoli většině nukleosidů chybí významná biologická aktivita, adenosin je výraznou výjimkou u savců. Tato funkce funguje jako autocoid, analogický s "lokálním hormonem" a jako neuromodulátor.

Tento nukleosid volně cirkuluje v krevním řečišti a působí lokálně, s různými účinky na dilataci krevních cév, kontrakcí hladkých svalů, neuronálních výbojů, uvolňování neurotransmiterů a metabolismu tuků. Souvisí také s regulací srdeční frekvence.

Tato molekula se také podílí na regulaci spánkových vzorců. Koncentrace adenosinu se zvyšuje a podporuje únavu. To je důvod, proč nás kofein pomáhá udržet vzhůru: blokuje neuronální interakce s extracelulárním adenosinem.

Strukturální bloky regulačních prvků

Významné množství metabolických drah běžných v buňkách má regulační mechanismy založené na hladinách ATP, ADP a AMP. Dvě poslední molekuly Eta mají stejnou strukturu ATP, ale ztratily jednu a dvě fosfátové skupiny.

Jak jsme uvedli v předchozí části, ATP je nestabilní molekula. Buňka musí produkovat ATP pouze tehdy, když ji potřebuje, protože ji musí používat rychle. ATP sám o sobě je také prvkem, který reguluje metabolické cesty, protože jeho přítomnost indikuje buňce, že by neměla produkovat více ATP.

Naproti tomu jeho hydrolyzované deriváty (AMP) varují buňku, že ATP se blíží a měly by produkovat více. AMP aktivuje metabolické cesty produkce energie, jako je glykolýza.

Podobně, mnoho signálů podobných hormonu (jako jsou ty, které se účastní metabolismu glykogenu) jsou zprostředkovány intracelulárně molekulami cAMP (c je cyklický) nebo podobnou variantou, ale s guaninem ve své struktuře: cGMP.

Strukturální bloky koenzymů

Ve více krocích metabolických cest nemohou enzymy působit samostatně. Potřebují další molekuly, aby mohli plnit své funkce; tyto prvky se nazývají koenzymy nebo ko-substráty, druhý termín je vhodnější, protože koenzymy nejsou katalyticky aktivní.

V těchto katalytických reakcích je potřeba přenášet elektrony nebo skupinu atomů na jiný substrát. Pomocné molekuly, které se účastní tohoto jevu, jsou koenzymy.

Dusíkaté báze jsou strukturními prvky uvedených kofaktorů. Mezi nejznámější jsou pyrimidinové nukleotidy (NAD)+, NADP+), FMN, FAD a koenzym A. Ty se účastní velmi důležitých metabolických drah, jako je glykolýza, Krebsův cyklus, fotosyntéza, mimo jiné..

Například pyrimidinové nukleotidy jsou velmi důležitými koenzymy enzymů s dehydrogenázovou aktivitou a jsou zodpovědné za transport hydridových iontů.

Odkazy

  1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, A.D., Lewis, J., Raff, M., ... & Walter, P. (2013). Základní buněčná biologie. Garland věda.
  2. Cooper, G. M., & Hausman, R. E. (2007). Buňka: molekulární přístup. Washington, DC, Sunderland, MA.
  3. Griffiths, A. J. (2002). Moderní genetická analýza: integrace genů a genomů. Macmillan.
  4. Griffiths, A. J., Wessler, S. R., Lewontin, R.C., Gelbart, W.M., Suzuki, D.T., & Miller, J.H. (2005). Úvod do genetické analýzy. Macmillan.
  5. Koolman, J., & Röhm, K. H. (2005). Biochemie: text a atlas. Panamericana Medical.
  6. Passarge, E. (2009). Genetický text a atlas. Panamericana Medical.