DUSÍKATÉ BÁZY: KLASIFIKÁCIA A FUNKCIE - BIOLÓGIE - 2025

Tieto dusíkaté bázy sú organické zlúčeniny heterocyklické bohaté na dusík. Sú súčasťou stavebných blokov nukleových kyselín a ďalších molekúl biologického významu, ako sú nukleozidy, dinukleotidy a intracelulárne posly. Inými slovami, dusíkaté bázy sú súčasťou jednotiek, ktoré tvoria nukleové kyseliny (RNA a DNA) a ďalšie uvedené molekuly.

Existujú dve hlavné skupiny dusíkatých zásad: purínová alebo purínová báza a pyrimidínová alebo pyrimidínová báza. Adenín a guanín patria do prvej skupiny, zatiaľ čo tymín, cytozín a uracil sú pyrimidínové bázy. Tieto bázy sú všeobecne označené prvým písmenom: A, G, T, C a U.

Rôzne dusíkaté bázy v DNA a RNA.
Zdroj: Užívateľ: Sponzorovanie: Užívateľ: Jcfidy

Stavebné bloky DNA sú A, G, T a C. V tomto poradí báz sú zakódované všetky informácie potrebné na konštrukciu a vývoj živého organizmu. V RNA sú zložky rovnaké, iba T je nahradené U.

Štruktúra a klasifikácia

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

Pyrimidínový kruh

Chemická štruktúra pyrimidínu.

Pyrimidínový kruh sú šesťčlenné heterocyklické aromatické kruhy s dvoma atómami dusíka. Atómy sú očíslované v smere hodinových ručičiek.

Purínový kruh

Chemická štruktúra purínu.

Purínový kruh pozostáva z dvoj kruhového systému: jeden je štruktúrne podobný pyrimidínovému kruhu a druhý je podobný imidazolovému kruhu. Týchto deväť atómov je fúzovaných do jedného kruhu.

Pyrimidínový kruh je plochý systém, zatiaľ čo puríny sa od tohto vzoru trochu líšia. Medzi imidazolovým kruhom a pyrimidínovým kruhom bol zaznamenaný mierny záhyb alebo vrásky.

Vlastnosti dusíkatých zásad

Aromaticity

V organickej chémii je aromatický kruh definovaný ako molekula, ktorej elektróny z dvojitých väzieb majú voľný obeh v cyklickej štruktúre. Pohyblivosť elektrónov v kruhu poskytuje molekule stabilitu - ak ju porovnávame s rovnakou molekulou -, ale s elektrónmi fixovanými v dvojitých väzbách.

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

To znamená, že puríny a pyrimidíny existujú v tautomérnych pároch. Keto tautoméry prevažujú pri neutrálnom pH pre bázy uracil, tymín a guanín. Naopak, enolová forma prevláda pri cytozíne pri neutrálnom pH. Tento aspekt je nevyhnutný na vytváranie vodíkových väzieb medzi bázami.

Absorpcia UV svetla

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

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

Rozpustnosť vo vode

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

Dusíkové bázy biologického významu

Aj keď existuje veľké množstvo dusíkatých báz, v bunkových prostrediach živých organizmov ich nájdeme len málo.

Najbežnejšie pyrimidíny sú cytozín, uracil a tymín (5-metyluracil). Cytozín a tymín sú pyrimidíny, ktoré sa zvyčajne vyskytujú 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 sú najbežnejšími purínmi adenín (6-amino purín) a guanín (2-amino-6-oxy purín). Tieto zlúčeniny sú bohaté na DNA aj RNA molekuly.

V bunke nájdeme ďalšie deriváty purínov, vrátane xantínu, hypoxantínu a kyseliny močovej. Prvé dve sa nachádzajú v nukleových kyselinách, ale veľmi zriedkavo a špecifickým spôsobom. Na rozdiel od toho sa kyselina močová nikdy nenachádza ako štrukturálna zložka týchto biomolekúl.

Ako sa pária?

Štruktúru DNA objasnili vedci Watson a Crick. Vďaka ich štúdii bolo možné dospieť k záveru, že DNA je dvojitá špirála. Skladá sa z dlhého reťazca nukleotidov spojených fosfodiesterovými väzbami, v ktorých fosfátová skupina tvorí most medzi hydroxylovými skupinami (-OH) cukrových zvyškov.

Štruktúra, ktorú sme práve opísali, sa podobá rebríku spolu s príslušným zábradlím. Dusíkaté bázy sú analógmi schodov, ktoré sú zoskupené v dvojitej špirále pomocou vodíkových väzieb.

Vo vodíkovom mostíku zdieľajú dva elektregatívne atómy protón medzi bázami. Na vytvorenie vodíkovej väzby je nutná účasť atómu vodíka s miernym pozitívnym nábojom a akceptora s malým negatívnym nábojom.

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

Chargaff pravidlo

Páry báz tvoria vodíkové väzby nasledujúcim spôsobom párovania purín-pyrimidín známym ako Chargaffovo pravidlo: páry guanínu s cytozínom a páry adenínu s tymínom.

GC pár tvorí spolu tri vodíkové kanistre, zatiaľ čo AT pár je spojený iba dvoma mostíkmi. Môžeme teda predpovedať, že DNA s vyšším obsahom GC bude stabilnejšia.

Každá z reťazí (alebo zábradlia v našej analógii) prebieha v opačných smeroch: jedna 5 '→ 3' a druhá 3 '→ 5'.

Vlastnosti

Stavebné bloky nukleových kyselín

Organické bytosti predstavujú typ biomolekúl nazývaných nukleové kyseliny. Sú to veľké polyméry, ktoré sa skladajú z opakujúcich sa monomérov - nukleotidov spojených špeciálnym typom väzby nazývanej fosfodiesterová väzba. Sú rozdelené do dvoch základných typov, DNA a RNA.

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

V DNA

DNA je genetický materiál živých bytostí (s výnimkou niektorých vírusov, ktoré používajú hlavne RNA). Použitím 4-bázového kódu má DNA sekvenciu pre všetky proteíny, ktoré existujú v organizmoch, ako aj prvky, ktoré regulujú ich expresiu.

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

V RNA

Podobne ako DNA, aj RNA je nukleotidový polymér, s tou výnimkou, že báza T je nahradená U. Táto molekula je vo forme jedného pruhu a plní širokú škálu biologických funkcií.

V bunke sú tri hlavné RNA. Messenger RNA je prostredníkom medzi tvorbou DNA a proteínov. Zodpovedá za kopírovanie informácií v DNA a ich prenášanie do mechanizmu translácie proteínov. Ribozomálna RNA, druhý typ, je štrukturálnou súčasťou tohto komplexného mechanizmu.

Tretí typ, alebo prenosová RNA, je zodpovedný za prenášanie vhodných aminokyselinových zvyškov pre syntézu proteínov.

Okrem troch „tradičných“ RNA existuje rad malých RNA, ktoré sa podieľajú na regulácii génovej expresie, pretože všetky gény kódované v DNA sa nedajú v bunke exprimovať konštantne av rovnakom rozsahu.

Organizácie musia mať cesty na reguláciu svojich génov, to znamená, aby sa rozhodli, či sú exprimované alebo nie. Podobne genetický materiál pozostáva iba zo slovníka španielskych slov a regulačný mechanizmus umožňuje vytvorenie literárneho diela.

Stavebné bloky nukleozid trifosfátov

Dusíkaté bázy sú súčasťou nukleozid trifosfátov, molekuly, ktorá, podobne ako DNA a RNA, je biologicky zaujímavá. Okrem bázy je tvorená pentózou a tromi fosfátovými skupinami navzájom spojenými pomocou vysokoenergetických väzieb.

Vďaka týmto väzbám sú nukleozidtrifosfáty molekulami bohatými na energiu a sú hlavným produktom metabolických ciest, ktoré sa snažia uvoľniť energiu. Medzi najpoužívanejšie patrí ATP.

ATP alebo adenozíntrifosfát sa skladá z adenínu s dusíkatou bázou, ktorý je viazaný na uhlík nachádzajúci sa v polohe 1 cukru typu pentóza: ribóza. V polohe päť tohto uhľohydrátu sú všetky tri fosfátové skupiny spojené.

Všeobecne je ATP energetická mena bunky, pretože sa môže rýchlo použiť a regenerovať. Mnoho bežných metabolických ciest medzi organickými látkami využíva a produkuje ATP.

Jeho „sila“ je založená na vysokoenergetických väzbách, ktoré tvoria fosfátové skupiny. Záporné náboje týchto skupín sú neustále odporujúce. Existujú ďalšie príčiny, ktoré predurčujú hydrolýzu v ATP, vrátane rezonančnej stabilizácie a solvatácie.

Autacoid

Aj keď väčšina nukleozidov nemá významnú biologickú aktivitu, adenozín je výraznou výnimkou u cicavcov. Funguje to ako autocoid, analogický s „miestnym hormónom“ a ako neuromodulátor.

Tento nukleozid voľne cirkuluje v krvi a pôsobí lokálne, s rôznymi účinkami na dilatáciu krvných ciev, kontrakcie hladkého svalstva, nervové výboje, uvoľňovanie neurotransmiterov a metabolizmus tukov. Súvisí to tiež s reguláciou srdcovej frekvencie.

Táto molekula sa tiež podieľa na regulácii spánkových schém. Koncentrácia adenozínu zvyšuje a zvyšuje únavu. Preto nám kofeín pomáha zostať hore: blokuje neurónové interakcie s extracelulárnym adenozínom.

Štrukturálne bloky regulačných prvkov

Významný počet bežných metabolických ciest v bunkách má regulačné mechanizmy založené na hladinách ATP, ADP a AMP. Tieto posledné dve molekuly majú rovnakú štruktúru ako ATP, ale stratili jednu respektíve dve fosfátové skupiny.

Ako sme uviedli v predchádzajúcej časti, ATP je nestabilná molekula. Bunka by mala produkovať ATP iba ​​vtedy, keď ju potrebuje, pretože ju musí použiť rýchlo. Samotný ATP je tiež prvkom, ktorý reguluje metabolické dráhy, pretože jeho prítomnosť naznačuje bunke, že by nemala produkovať viac ATP.

Naopak, jeho hydrolyzované deriváty (AMP), varujú bunku, že ATP dochádza, a musí produkovať viac. AMP teda aktivuje metabolické dráhy pre produkciu energie, ako je glykolýza.

Podobne je mnoho signálov hormonálneho typu (napríklad tých, ktoré sa podieľajú na metabolizme glykogénu) sprostredkované intracelulárne molekulami cAMP (c je pre cyklický) alebo podobným variantom, ale s guanínom vo svojej štruktúre: cGMP.

Stavebné bloky koenzýmov

Pri viacerých krokoch metabolických ciest nemôžu enzýmy pôsobiť samostatne. Potrebujú ďalšie molekuly, aby mohli plniť svoje funkcie; Tieto prvky sa nazývajú koenzýmy alebo kosubráty, pričom posledný uvedený termín je vhodnejší, pretože koenzýmy nie sú katalyticky aktívne.

Pri týchto katalytických reakciách je potrebné preniesť elektróny alebo skupinu atómov na iný substrát. Pomocnými molekulami, ktoré sa podieľajú na tomto fenoméne, sú koenzýmy.

Dusíkové bázy sú štruktúrnymi prvkami týchto kofaktorov. Medzi najuznávanejšie patria pyrimidínové nukleotidy (NAD ⁺ , NADP ⁺ ), FMN, FAD a koenzým A. Tieto sa zúčastňujú okrem iného na veľmi dôležitých metabolických cestách, ako je napríklad glykolýza, Krebsov cyklus, fotosyntéza.

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, AD, Lewis, J., Raff, M.,… & Walter, P. (2013). Základná bunková biológia. Garland Science.
2. Cooper, GM a Hausman, RE (2007). Bunka: molekulárny prístup. Washington, DC, Sunderland, MA.
3. Griffiths, AJ (2002). Moderná genetická analýza: integrácia génov a genómov. Macmillan.
4. Griffiths, AJ, Wessler, SR, Lewontin, RC, Gelbart, WM, Suzuki, DT, a Miller, JH (2005). Úvod do genetickej analýzy. Macmillan.
5. Koolman, J., & Röhm, KH (2005). Biochémia: text a atlas. Panamerican Medical Ed.
6. Passarge, E. (2009). Genetický text a atlas. Panamerican Medical Ed.