Dušikovi temelji na tome kako se pare, klasificiraju i funkcioniraju



dušične baze oni su organski spojevi heterocikličkog oblika, bogati dušikom. Oni su dio strukturnih blokova nukleinskih kiselina i drugih molekula biološkog interesa, kao što su nukleozidi, dinukleotidi i intracelularni glasnici. Drugim riječima, dušične baze su dio jedinica koje tvore nukleinske kiseline (RNA i DNA) i druge spomenute molekule..

Postoje dvije glavne skupine dušičnih baza: purinske baze ili purini i pirimidinske baze ili pirimidini. Prva skupina uključuje adenin i gvanin, dok su timin, citozin i uracil pirimidinske baze. Općenito, te su baze označene prvim slovom: A, G, T, C i U.

Blokovi DNK su A, G, T i C. U ovom poretku baza sve potrebne informacije za izgradnju i razvoj živog organizma su kodificirane. U RNA, komponente su iste, samo da je T zamijenjen s U.

indeks

  • 1 Struktura i klasifikacija
    • 1.1 Prsten pirimidina
    • 1.2 Purinski prsten
  • 2 Svojstva dušičnih baza
    • 2.1 Mirisnost
    • 2.2 Apsorpcija UV svjetla
    • 2.3 Topljivost u vodi
  • 3 Azotne baze biološkog interesa
  • 4 Kako se pare?
    • 4.1. Chargaffovo pravilo
  • 5 Funkcije
    • 5.1. Strukturni blokovi nukleinskih kiselina
    • 5.2 Strukturni blokovi nukleozidnih trifosfata
    • 5.3 Autacoid
    • 5.4 Strukturni blokovi regulatornih elemenata
    • 5.5 Strukturni blokovi koenzima
  • 6 Reference

Struktura i klasifikacija

Dušične baze su ravne molekule, aromatskog i heterocikličkog tipa, koje se općenito izvode iz purina ili pirimidina..

Prsten pirimidina

Prsten pirimidina su heterociklički aromatski prstenovi sa šest članova i dva atoma dušika. Atomi su numerirani prema smjeru kazaljke na satu.

Purinski prsten

Purinski prsten se sastoji od sustava s dva prstena: jedan je strukturno sličan pirimidinskom prstenu, a drugi sličan imidazolnom prstenu. Ovih devet atoma spaja se u jedan prsten.

Prsten pirimidina je ravan sustav, dok purini malo odstupaju od ovog uzorka. Između imidazolnog prstena i pirimidinskog prstena zabilježena je lagana nabora ili bora..

Svojstva dušičnih baza

aromata

U organskoj kemiji, a aromatski prsten definira se kao molekula čiji elektroni dvostrukih veza imaju slobodnu cirkulaciju unutar cikličke strukture. Mobilnost elektrona unutar prstena daje stabilnost molekuli - ako je usporedimo s istom molekulom - ali s elektronima fiksiranim u dvostrukim vezama.

Aromatična priroda ovog prstenastog sustava daje im mogućnost da iskuse fenomen zvan keto-enol tautomería.

To jest, purini i pirimidini postoje u tautomernim parovima. Keto tautomeri prevladavaju pri neutralnom pH za baze uracila, timina i gvanina. Nasuprot tome, enolni oblik je dominantan za citozin, pri neutralnom pH. Ovaj aspekt je temelj za stvaranje vodikovih mostova između baza.

Apsorpcija UV svjetla

Još jedno svojstvo purina i pirimidina je njihova sposobnost da apsorbiraju ultraljubičasto svjetlo (UV svjetlo). Ovaj apsorpcijski uzorak je izravna posljedica aromatskosti njegovih heterocikličkih prstenova.

Apsorpcijski spektar ima maksimum blizu 260 nm. Istraživači koriste ovaj uzorak za kvantificiranje količine DNA u njihovim uzorcima.

Topljivost u vodi

Zahvaljujući jakom aromatičnom karakteru dušičnih baza, te su molekule praktički netopljive u vodi.

Dušične baze biološkog interesa

Iako postoji veliki broj dušikovih baza, u staničnim okruženjima živih organizama nalazimo samo nekoliko.

Najčešći pirimidini su citozin, uracil i timin (5-metiluracil). Citozin i timin su pirimidini koje obično nalazimo u dvostrukoj heliksi DNA, dok su citozin i uracil česti u RNA. Napominjemo da je jedina razlika između uracila i timina metil grupa na ugljiku 5.

Slično tome, najčešći purini su adenin (6-amino purin) i gvanin (2-amino-6-oksi purin). Ovi spojevi obiluju i DNA i RNA molekulama.

Postoje i drugi derivati ​​purina koji se prirodno nalaze u stanici, među njima ksantin, hipoksantin i mokraćna kiselina. Prva dva mogu se naći u nukleinskim kiselinama, ali na vrlo oskudan i točan način. Nasuprot tome, mokraćna kiselina se nikada ne nalazi kao strukturna komponenta tih biomolekula.

Kako se pare?

Strukturu DNK razjasnili su istraživači Watson i Crick. Zahvaljujući njegovoj studiji, bilo je moguće zaključiti da je DNK dvostruka spirala. Sastoji se od dugog lanca nukleotida povezanih fosfodiesterskim vezama, u kojima fosfatna skupina formira most između hidroksilnih skupina (-OH) ostataka šećera..

Struktura koju smo upravo opisali nalikuje stubištu zajedno s pripadajućim rukohvatom. Dušične baze su analogne stubama, koje su grupirane u dvostruku spiralu pomoću vodikovih mostova.

U vodikovom mostu, dva elektronegativna atoma dijele proton između baza. Za formiranje vodikovog mosta potrebno je sudjelovanje vodikovog atoma s blagim pozitivnim nabojem i akceptora s malim negativnim nabojem..

Most se formira između H i O. Ove veze su slabe, i moraju biti, jer se DNK mora lako otvoriti da se replicira.

Chargaffovo pravilo

Bazni parovi tvore vodikove veze slijedeći sljedeći uzorak parenja purin-pirimidina poznat kao Chargaffovo pravilo: gvanini parovi s citozinom i adeninom s timinom.

GC par zajedno tvori tri atoma vodika, dok se AT par povezuje samo s dva mosta. Stoga možemo predvidjeti da će DNA s većim sadržajem GC biti stabilnija.

Svaki od lanaca (ili rukohvati u našoj analogiji), rade u suprotnim smjerovima: jedan 5 '→ 3' i drugi 3 '→ 5'.

funkcije

Strukturni blokovi nukleinskih kiselina

Organska bića predstavljaju vrstu biomolekula nazvanih nukleinske kiseline. To su polimeri znatne veličine formirani od ponovljenih monomera: nukleotidi, ujedinjeni pomoću posebne vrste veze, nazvane fosfodiesterske veze. Razvrstavaju se u dva osnovna tipa, DNA i RNA.

Svaki nukleotid nastaje iz fosfatne skupine, šećera (tipa deoksiriboze u DNA i riboze u RNA) i jedne od pet dušičnih baza: A, T, G, C i U. Kada fosfatna skupina nije prisutna molekula se naziva nukleozidom.

U DNA

DNA je genetski materijal živih bića (s iznimkom nekih virusa koji uglavnom koriste RNA). Koristeći kod 4 baze, DNA ima slijed za sve proteine ​​koji postoje u organizmima, osim elemenata koji reguliraju izražavanje istih.

Struktura DNA mora biti stabilna, budući da je organizmi koriste za kodiranje informacija. Međutim, to je molekula sklona promjenama, nazvanim mutacijama. Ove promjene genetskog materijala su osnovni materijal za evolucijsku promjenu.

U RNA

Kao i DNA, RNA je polimer nukleotida, s izuzetkom da je baza T zamijenjena s U. Ova molekula je u obliku jednostavne trake i ispunjava širok raspon bioloških funkcija..

U ćeliji postoje tri glavne RNA. Messenger RNA je posrednik između stvaranja DNA i proteina. On je zadužen za kopiranje informacija u DNK i njihovo odnošenje u stroj za prevođenje proteina. Ribosomska RNA, drugi tip, čini strukturalni dio ovog složenog stroja.

Treći tip, ili prijenosna RNA, odgovoran je za nošenje aminokiselinskih ostataka pogodnih za sintezu proteina.

Uz tri "tradicionalne" RNA, postoji i niz malih RNA uključenih u regulaciju ekspresije gena, jer se u stanici svi geni kodirani u DNA ne mogu stalno izražavati u istoj mjeri..

Neophodno je da organizmi imaju načine reguliranja svojih gena, tj. Odlučivanja da li su izraženi ili ne. Analogno tome, genetski materijal sastoji se samo od rječnika riječi na španjolskom, a mehanizam regulacije dopušta stvaranje književnog djela..

Strukturni blokovi nukleozidnih trifosfata

Dušične baze dio su nukleozidnih trifosfata, molekule koja je, poput DNA i RNA, biološkog interesa. Osim baze, sastoji se od pentoznih i tri fosfatne skupine međusobno povezane visokoenergetskim vezama..

Zahvaljujući tim vezama, nukleozidni trifosfati su molekule bogate energijom i glavni su proizvod metaboličkih putova koji traže oslobađanje energije. Među najčešće korištenim je ATP.

ATP ili adenozin trifosfat se sastoji od dušične baze adenina, povezane na ugljik smještenog na položaju 1 šećera pentoznog tipa: riboza. U položaju pet ovog ugljikohidrata, tri fosfatne skupine su povezane.

Općenito, ATP je energetska valuta stanice, budući da se može brzo koristiti i regenerirati. Mnogi metabolički putovi uobičajeni među organskim bićima koriste i proizvode ATP.

Njezina "moć" temelji se na visokoenergetskim vezama koje tvore fosfatne skupine. Negativni naboji ovih skupina su u stalnom odbijanju. Postoje i drugi uzroci koji predisponiraju hidrolizu u ATP-u, uključujući stabilizaciju rezonancijom i solvatacijom..

autakoid

Iako većina nukleozida nema značajnu biološku aktivnost, adenozin je izrazita iznimka kod sisavaca. To funkcionira kao autakoid, analogan "lokalnom hormonu" i kao neuromodulator.

Ovaj nukleozid slobodno cirkulira u krvotoku i djeluje lokalno, s različitim učincima na dilataciju krvnih žila, kontrakciju glatkih mišića, neuronska pražnjenja, otpuštanje neurotransmitera i metabolizam masti. Također je povezana s regulacijom brzine otkucaja srca.

Ova molekula je također uključena u regulaciju uzoraka spavanja. Koncentracija adenozina se povećava i potiče umor. To je razlog zašto kofein pomaže u održavanju budnosti: blokira neuronske interakcije s izvanstaničnim adenozinom.

Strukturni blokovi regulatornih elemenata

Značajna količina metaboličkih putova koji su uobičajeni u stanicama imaju regulatorne mehanizme temeljene na razinama ATP, ADP i AMP. Etas dvije posljednje molekule imaju istu strukturu ATP-a, ali su izgubile jednu i dvije fosfatne skupine.

Kao što smo spomenuli u prethodnom odjeljku, ATP je nestabilna molekula. Ćelija mora proizvoditi ATP samo kada je treba, jer ga mora brzo koristiti. ATP je sam po sebi i element koji regulira metaboličke putove, jer njegova prisutnost ukazuje na stanicu da ne bi trebala proizvoditi više ATP-a..

Nasuprot tome, njegovi hidrolizirani derivati ​​(AMP) upozoravaju ćeliju da ATP istječe i da bi trebao proizvoditi više. Dakle, AMP aktivira metaboličke puteve proizvodnje energije, kao što je glikoliza.

Isto tako, mnogi signali slični hormonima (kao što su oni koji su uključeni u metabolizam glikogena) posredovani su intracelularno molekulama cAMP (c je ciklički) ili sličnom varijantom, ali s gvaninom u svojoj strukturi: cGMP.

Strukturni blokovi koenzima

U više koraka metaboličkih putova, enzimi ne mogu djelovati sami. Potrebne su im dodatne molekule da bi mogle ispuniti svoje funkcije; ovi se elementi nazivaju koenzimi ili ko-supstrati, a posljednji izraz je prikladniji, budući da koenzimi nisu katalitički aktivni.

U tim katalitičkim reakcijama postoji potreba za prijenosom elektrona ili skupine atoma na drugi supstrat. Pomoćne molekule koje sudjeluju u ovom fenomenu su koenzimi.

Dušične baze su strukturni elementi navedenih kofaktora. Među najpoznatijim su pirimidinski nukleotidi (NAD)+, NADP+), FMN, FAD i koenzim A. Oni sudjeluju u vrlo važnim metaboličkim putovima, kao što su glikoliza, Krebsov ciklus, fotosinteza, između ostalih.

Na primjer, pirimidinski nukleotidi su vrlo važni koenzimi enzima s dehidrogenaznom aktivnošću i odgovorni su za transport hidridnih iona.

reference

  1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, A.D., Lewis, J., Raff, M., ... i Walter, P. (2013). Bitna biologija stanice. Znanost o Garlandu.
  2. Cooper, G. M., i Hausman, R. E. (2007). Stanica: molekularni pristup. Washington, DC, Sunderland, MA.
  3. Griffiths, A.J. (2002). Suvremena genetska analiza: integriranje gena i genoma. Macmillan.
  4. Griffiths, A.J., Wessler, S.R., Lewontin, R.C., Gelbart, W.M., Suzuki, D.T., & Miller, J.H. (2005). Uvod u genetsku analizu. Macmillan.
  5. Koolman, J., i Röhm, K.H. (2005). Biokemija: tekst i atlas. Ed Panamericana Medical.
  6. Passarge, E. (2009). Genetski tekst i atlas. Ed Panamericana Medical.