Kvävebaser

Allmänhet

Kvävebaser är aromatiska heterocykliska organiska föreningar, som innehåller kväveatomer, som deltar i bildandet av nukleotider.
Frukt av föreningen av en kvävehaltig bas, en pentos (dvs ett socker med 5 kolatomer) och en fosfatgrupp, nukleotider är de molekylära enheter som utgör nukleinsyrorna DNA och RNA.
I DNA är de kvävehaltiga baserna: adenin, guanin, cytosin och tymin; i "RNA är de desamma, utom tymin, i stället för vilken c" är en kvävehaltig bas som kallas uracil.
Till skillnad från RNA bildar kvävehaltiga baser av DNA parning eller baspar. Närvaron av sådan parning är möjlig eftersom DNA har en dubbelsträngad struktur av nukleotider.
Genuttrycket beror på sekvensen av kvävehaltiga baser förenade med DNA -nukleotiderna.

Vad är kvävehaltiga baser?

Kvävebaser är de organiska molekylerna som innehåller kväve, som deltar i bildandet av nukleotider.
Nukleotider, som bildas var och en av en kvävehaltig bas, ett 5-kol-socker (pentos) och en fosfatgrupp, är de molekylära enheter som utgör nukleinsyrorna DNA och RNA.
Nukleinsyrorna DNA och RNA är de biologiska makromolekylerna, på vilka utvecklingen och korrekt funktion av cellerna i ett levande väsen är beroende.

NITROGEN BASES OF NUCLEIC ACIDS

De kvävehaltiga baserna som utgör DNA- och RNA -nukleinsyrorna är: adenin, guanin, cytosin, tymin och uracil.
Adenin, guanin och cytosin är gemensamma för båda nukleinsyrorna, dvs de är en del av både DNA -nukleotider och RNA -nukleotider. Tymin är exklusivt för DNA, medan uracil är exklusivt för RNA.
Därför tillhör de kvävehaltiga baserna som bildar en nukleinsyra (DNA eller RNA) fyra olika typer.

FÖRKORTNINGAR AV KväVGASER

Kemister och biologer har ansett det lämpligt att förkorta namnen på de kvävehaltiga baserna med en enda bokstav i alfabetet. På så sätt har de gjort det lättare och snabbare att representera och beskriva nukleinsyror i texter.
L "adenin sammanfaller med versalen A; guanin med versalen G; cytosin med versalen C; tymin med stor bokstav T; slutligen l" uracil med versalen U.

Klasser och struktur

Det finns två klasser av kvävehaltiga baser: klassen av kvävehaltiga baser som härrör från pyrimidin och klassen av kvävehaltiga baser som härrör från purin.

Figur: generisk kemisk struktur för en pyrimidin och en purin.

De kvävehaltiga baserna som härrör från pyrimidin är också kända under de alternativa namnen: pyrimidin eller pyrimidin kvävehaltiga baser; medan de kvävehaltiga baserna som härrör från purin också är kända med de alternativa termerna: purin eller purin kvävehaltiga baser.
Cytosin, tymin och uracil tillhör klassen pyrimidin kvävehaltiga baser; adenin och guanin, å andra sidan, utgör klassen av purin kvävehaltiga baser.

Exempel på purinderivat, andra än kvävehaltiga baser av DNA och RNA
Bland purinderivaten finns det också organiska föreningar som inte är kvävehaltiga baser av DNA och RNA. Till exempel faller föreningar som koffein, xantin, hypoxantin, teobromin och urinsyra i kategorin ovan.

VAD ÄR NITROGEN -BASER FRÅN DEN KEMISKA VISNINGSPUNKTEN?

Organiska kemister definierar kvävehaltiga baser och alla derivat av purin och pyrimidin som aromatiska heterocykliska föreningar.

• En heterocyklisk förening är en organisk ring (eller cyklisk) förening som i den ovannämnda ringen har en eller flera andra atomer än kol. När det gäller puriner och pyrimidiner är andra atomer än kol kväveatomerna.
• En aromatisk förening är en organisk ringförening med strukturella och funktionella egenskaper som liknar bensen.

STRUKTURERA

Figur: kemisk struktur av bensen.

Den kemiska strukturen för de kvävehaltiga baserna som härrör från pyrimidin består huvudsakligen av en enda ring med 6 atomer, varav 4 är kol och 2 av dessa är kväve.

I själva verket är en pyrimidinkvävebas en pyrimidin med en eller flera substituenter (dvs en enda atom eller grupp av atomer) bundna till en av ringens kolatomer.
Å andra sidan består den kemiska strukturen av kvävehaltiga baser härrörande från purin huvudsakligen av en dubbelring med 9 totala atomer, varav 5 är kol och 4 av dessa är kväve. Den ovannämnda dubbelringen med 9 totala atomer härrör från sammansmältningen av en pyridiminisk ring (dvs pyrimidinringen) med en imidazolring (dvs imidazolringen, en annan heterocyklisk organisk förening).

Figur: struktur av imidazol.

Som känt innehåller pyrimidinringen 6 atomer; medan imidazolringen innehåller 5. Med fusionen har de två ringarna gemensamma två kolatomer vardera och detta förklarar varför den slutliga strukturen innehåller specifikt 9 atomer.

STÄLLNING AV NITROGENATOMS I PURINS OCH PYRIMIDINS

För att förenkla studien och beskrivningen av organiska molekyler tänkte organiska kemister på att tilldela kol och alla andra atomer i stödstrukturerna ett identifikationsnummer. Numreringen börjar alltid från 1, baseras på mycket specifika tilldelningskriterier (som det är bättre att utesluta) och tjänar till att fastställa positionen för varje atom i molekylen.
För pyrimidiner fastställer de numeriska tilldelningskriterierna att de 2 kväveatomerna upptar position 1 och position 3, medan de 4 kolatomerna finns i position 2, 4, 5 och 6.
För puriner, å andra sidan, fastställer de numeriska tilldelningskriterierna att de 4 kväveatomerna intar positionen 1, 3, 7 och 9, medan de 5 kolatomerna finns i position 2, 4, 5, 6 och 8.

Position i nukleotiderna

Den kvävehaltiga basen av en nukleotid förenar alltid kolet i position 1 i motsvarande pentos genom en kovalent N-glykosidbindning.
Särskilt,

• De kvävehaltiga baser som härrör från pyrimidin de bildar N-glykosidbindningen genom sitt kväve i position 1;
• Medan kvävehaltiga baser som härrör från purin de bildar N-glykosidbindningen, genom sitt kväve i position 9.

I nukleotidernas kemiska struktur representerar pentosen det centrala elementet, till vilket kvävehaltig bas och fosfatgruppen binder.
Den kemiska bindningen som förenar fosfatgruppen med pentosen är av fosfodiestertypen och involverar ett syre från fosfatgruppen och kolet i position 5 i pentosen.

NÄR FORMER NITROGEN BASES A NUCLEOSIDE?

Kombinationen av en kvävehaltig bas och en pentos bildar en organisk molekyl som tar namnet nukleosid.
Därför är det tillsatsen av fosfatgruppen som förändrar nukleosiderna till nukleotider.
Enligt en särskild definition av nukleotider skulle dessa organiska föreningar dessutom vara "nukleosider som har en eller flera fosfatgrupper kopplade till kol 5 i den bestående pentosen".

Organisation i DNA

DNA, eller deoxiribonukleinsyra, är en stor biologisk molekyl som består av två mycket långa strängar av nukleotider (eller polynukleotidsträngar).
Dessa polynukleotidtrådar har vissa egenskaper, som förtjänar ett särskilt omnämnande eftersom de också nära påverkar kvävehaltiga baser:

• De är enade med varandra.
• De är orienterade i motsatta riktningar ("antiparallella filament").
• De sveper runt varandra, som om de vore två spiraler.
• Nukleotiderna som utgör dem har ett sådant arrangemang, så att de kvävehaltiga baserna är orienterade mot den centrala axeln för varje spiral, medan pentoserna och fosfatgrupperna bildar den yttre ställningen för den senare.
  Nukleotidernas singulära arrangemang gör att varje kvävebas i en av de två polynukleotidfilamenten, genom vätebindningar, förenas med en kvävehaltig bas som är närvarande på det andra filamentet. Denna förening skapar därför en parning av baser som parar ihop biologiska och genetiker. kalla det parning eller baspar.
  Poc "har faktiskt bekräftats att de två trådarna är sammanfogade: för att bestämma föreningen är bindningarna som finns mellan de olika kvävehaltiga baserna i de två polynukleotidfilamenten.

KONCEPT AV KOMPLEMENTARITET MELLAN KväVGASER

Genom att studera DNA -strukturen fann forskarna att parningen mellan kvävehaltiga baser är mycket specifik.I själva verket märkte de att adenin bara binder till tymin, medan cytosin bara binder till guanin.
Mot bakgrund av denna upptäckt myntade de termen "komplementaritet mellan kvävehaltiga baser", för att indikera den entydiga bindningen mellan adenin med tymin och cytosin med guanin.
Identifieringen av komplementär parning mellan kvävehaltiga baser representerade nyckelstenen för att förklara DNA: s fysiska dimensioner och den speciella stabilitet som de två polynukleotidsträngarna åtnjuter.

Den amerikanska biologen James Watson och den engelske biologen Francis Crick, 1953, gjorde ett avgörande bidrag till upptäckten av DNA -strukturen (från "spiralrullning av de två polynukleotidsträngarna" till parningen mellan komplementära kvävehaltiga baser).
Med formuleringen av den så kallade "dubbelhelixmodellen" hade Watson och Crick en "otrolig intuition, som representerade en epokal vändpunkt inom molekylärbiologi och genetik.
Faktum är att upptäckten av den exakta strukturen av DNA gjorde det möjligt att studera och förstå de biologiska processerna som involverar deoxiribonukleinsyra: från hur RNA replikerar eller bildas till hur det genererar proteiner.

LÅNGEN SOM BINDER KOPPLINGARNA AV NITROGEN BASES SAMMAN

Att förena två kvävehaltiga baser i en DNA -molekyl, som bildar komplementära par, är en serie kemiska bindningar, kända som vätebindningar.
Adenin och tymin interagerar med varandra med hjälp av två vätebindningar, medan guanin och cytosin med hjälp av tre vätebindningar.
Hur många par av kvävebaser innehåller en mänsklig DNA -molekyl?
En generisk mänsklig DNA -molekyl innehåller cirka 3,3 miljarder kvävehaltiga baspar, vilket är cirka 3,3 miljarder nukleotider per sträng.

Figur: kemisk interaktion mellan adenin och tymin och mellan guanin och cytosin. Läsaren kan notera positionen och antalet vätebindningar som håller ihop de kvävehaltiga baserna i två polynukleotidsträngar.

Organisation i RNA

Till skillnad från DNA är RNA eller ribonukleinsyra en nukleinsyra som vanligtvis består av en enda sträng nukleotider.
Därför är de kvävehaltiga baserna som utgör den "oparade".
Det bör dock påpekas att avsaknaden av en kompletterande kvävehaltig bassträng inte utesluter möjligheten att kvävehaltiga baser av RNA kan kopplas ihop som DNA.
Med andra ord kan kvävebaserna i en enda RNA -sträng para sig, enligt komplementaritetslagarna mellan kvävehaltiga baser, precis som kvävebaserna i DNA.
Den komplementära parningen mellan kvävehaltiga baser av två distinkta RNA -molekyler är grunden för den viktiga processen för proteinsyntes (eller proteinsyntes).

URACILEN ERSÄTTER TIMINA

I "RNA" ersätter uracil tyminen i DNA: t inte bara i strukturen utan också i den komplementära parningen: i själva verket är det den kvävehaltiga basen som binder specifikt till adeninet, när två distinkta RNA -molekyler uppträder för funktionell skäl.

Biologisk roll

Uttrycket av gener beror på sekvensen av kvävehaltiga baser som är förenade med DNA -nukleotiderna. Gener är mer eller mindre långa segment av DNA (därför segment av nukleotider), som innehåller den information som är nödvändig för syntesen av proteiner. Består av aminosyror, proteiner de är biologiska makromolekyler, som spelar en grundläggande roll för att reglera en organisms cellulära mekanismer.
Den kvävehaltiga bassekvensen för en given gen specificerar aminosyrasekvensen för det relaterade proteinet.