BAZA DUŠIKA: KLASIFIKACIJA I FUNKCIJE - BIOLOGIJA - 2025

Je dušik baze su organski spojevi heterociklički bogata dušikom. Dio su gradivnih blokova nukleinskih kiselina i drugih molekula biološkog interesa, poput nukleozida, dinukleotida i unutarćelijskih glasnika. Drugim riječima, dušične baze su dio jedinica koje čine nukleinske kiseline (RNA i DNA) i ostale spomenute molekule.

Dvije su glavne skupine dušičnih baza: purinske ili purinske baze i pirimidinske ili pirimidinske baze. Adenin i gvanin pripadaju prvoj skupini, dok su timin, citozin i uracil baze pirimidina. Te se baze obično označavaju njihovim prvim slovom: A, G, T, C i U.

Različite dušične baze u DNK i RNA.

Izvor: Korisnik: Sponktranslation: Korisnik: Jcfidy

Građevni blokovi DNK su A, G, T i C. U ovom redoslijedu baza su kodirane sve informacije potrebne za izgradnju i razvoj živog organizma. U RNA su komponente iste, samo je T zamijenjeno U.

Struktura i klasifikacija

Baza dušika su ravne molekule aromatskog i heterocikličkog tipa, koje se uglavnom izvode iz purina ili pirimidina.

Pirimidinski prsten

Kemijska struktura pirimidina.

Pirimidinski prsten su šesteročlani heterociklički aromatski prstenovi s dva atoma dušika. Atomi su numerirani u smjeru kazaljke na satu.

Purinski prsten

Kemijska struktura purina.

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

Pirimidinski prsten je ravan sustav, dok purini pomalo odstupaju od ovog uzorka. Zabilježeno je lagano nabora ili nabora između prstena imidazola i pirimidinskog prstena.

Svojstva dušičnih baza

aromata

U organskoj kemiji aromatski prsten je definiran kao molekula čiji elektroni iz dvostruke veze imaju slobodnu cirkulaciju unutar cikličke strukture. Mobilnost elektrona unutar prstena daje stabilnost molekuli - ako je uspoređujemo s istom molekulom -, ali s elektronima učvršćenim u dvostrukim vezama.

Aromatična priroda ovog prstenastog sustava daje im mogućnost da dožive fenomen koji se naziva keto-enol tautomerizam.

Odnosno, purini i pirimidini postoje u tautomernim parovima. Keto tautomeri prevladavaju u neutralnom pH za baze uracil, timin i gvanin. Suprotno tome, oblik enola prevladava za citozin, pri neutralnom pH. Ovaj je aspekt neophodan za stvaranje vodikovih veza između baza.

Apsorpcija UV svjetlosti

Još jedno svojstvo purina i pirimidina je njihova sposobnost da snažno apsorbiraju ultraljubičasto svjetlo (UV svjetlost). Taj je oblik apsorpcije izravna posljedica aromatičnosti njegovih heterocikličkih prstenova.

Apsorpcijski spektar ima maksimalno blizu 260 nm. Istraživači koriste ovaj standard da bi odredili količinu DNK u svojim uzorcima.

Topnost u vodi

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

Dušikove baze od biološkog interesa

Iako postoji veliki broj dušičnih baza, samo ih nekoliko prirodno nalazimo u staničnoj sredini živih organizama.

Najčešći pirimidini su citozin, uracil i timin (5-metiluracil). Citozin i timin su pirimidini koji se obično nalaze u dvostrukoj spirali DNK, dok su citozin i uracil uobičajeni u RNA. Imajte na umu da je jedina razlika između uracila i timina u metilnoj skupini na ugljiku 5.

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

Postoje i drugi derivati ​​purina koje prirodno nalazimo u stanici, a među njima su ksantin, hipoksantin i mokraćna kiselina. Prve dvije se mogu naći u nukleinskim kiselinama, ali na vrlo rijedak i specifičan način. Suprotno tome, mokraćna kiselina se nikad ne može naći kao strukturna komponenta ovih biomolekula.

Kako se pare?

Istraživači Watson i Crick razjasnili su strukturu DNK. Zahvaljujući njihovoj studiji, bilo je moguće zaključiti da je DNK dvostruka spirala. Čine ga dugački lanac nukleotida povezanih fosfodiesterskim vezama, u kojima fosfatna skupina tvori most između hidroksilnih skupina (-OH) ostataka šećera.

Konstrukcija koju smo upravo opisali podsjeća na ljestve zajedno sa svojim rukohvatom. Dušične baze su analogne stepenicama, koje su grupirane u dvostruku spiralu vodikovim vezama.

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

Most nastaje između H i O. Te su veze slabe, i moraju biti, jer se DNK mora lako otvoriti da bi se mogao ponoviti.

Pravilo Chargaff

Bazni parovi formiraju vodikove veze slijedeći sljedeći obrazac uparivanja purina i pirimidina poznat kao Chargaffovo pravilo: parovi guanina s citozinom i adeninski parovi sa timinom.

GC par tvore tri kanistera vodika jedan do drugog, dok su AT par povezane samo dva mosta. Dakle, možemo predvidjeti da će DNK s većim sadržajem GC-a biti stabilnija.

Svaki od lanaca (ili rukohvati prema našoj analogiji) vodi u suprotnim smjerovima: jedan 5 ′ → 3 ′, a drugi 3 ′ → 5 ′.

Značajke

Građevni blokovi nukleinskih kiselina

Organska bića predstavljaju vrstu biomolekula nazvane nukleinske kiseline. Riječ je o vrlo velikim polimerima koji se sastoje od ponavljajućih monomera - nukleotida, povezanih posebnom vrstom veze, zvanom fosfodiesterska veza. Razvrstane su u dvije osnovne vrste, DNA i RNA.

Svaki nukleotid sastoji se od fosfatne skupine, šećera (deoksiriboza tipa u DNK i riboze u RNA), te jedne od pet dušičnih baza: A, T, G, C i U. Kada fosfatna skupina nije prisutna, molekula se naziva nukleozid.

U DNK

DNA je genetski materijal živih bića (s izuzetkom nekih virusa koji uglavnom koriste RNA). Koristeći 4-bazni kod, DNA ima slijed svih proteina koji postoje u organizmima, kao i elemente koji reguliraju njihovu ekspresiju.

Struktura DNK mora biti stabilna, jer ga organizmi koriste za kodiranje informacija. Međutim, to je molekula sklona promjenama, koja se naziva mutacijama. Te promjene u genetskom materijalu su osnovni materijal za evolucijske promjene.

U RNK

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

U stanici se nalaze tri glavne RNA. Messenger RNA je posrednik između DNA i stvaranja proteina. Zadužen je za kopiranje informacija u DNK i odnošenje u mehanizam za prevođenje proteina. Ribosomalna RNA, drugi tip, strukturni je dio ove složene mehanizacije.

Treća vrsta, ili prijenosna RNA, odgovorna je za nošenje odgovarajućih aminokiselinskih ostataka za sintezu proteina.

Pored tri „tradicionalne“ RNA, postoji niz malih RNA koji sudjeluju u regulaciji ekspresije gena, jer se svi geni kodirani u DNK ne mogu eksprimirati stalno i iste veličine u stanici.

Organizmi moraju imati puteve za reguliranje svojih gena, odnosno za odlučivanje jesu li oni izraženi ili ne. Slično tome, genetski se materijal sastoji samo od rječnika španjolskih riječi, a regulatorni mehanizam omogućuje formiranje književnog djela.

Građevni blokovi nukleozid trifosfata

Baza dušika dio je nukleozid trifosfata, molekule koja je, poput DNK i RNA, od biološkog interesa. Osim osnove, sastoji se od pentoze i tri fosfatne skupine povezane visoko-energetskim vezama.

Zahvaljujući tim vezama, nukleozid trifosfati su molekule bogate energijom i glavni su produkt metaboličkih putova koji traže oslobađanje energije. Među najkorištenijima je ATP.

ATP ili adenozin trifosfat sastoji se od dušičnog baznog adenina, povezanog s ugljikom smještenim u položaju 1 šećera s pentozom: riboze. U položaju pet ovog ugljikohidrata sve tri fosfatne skupine su povezane.

Općenito, ATP je energetska valuta stanice, jer se može brzo iskoristiti i regenerirati. Mnogi uobičajeni metabolički putevi među organima koriste i proizvode ATP.

Njegova "moć" temelji se na visokoenergetskim vezama, formiranim od fosfatnih skupina. Negativni naboji tih skupina neprestano su odbojni. Postoje i drugi uzroci koji predisponiraju hidrolizu u ATP-u, uključujući rezonancijsku stabilizaciju i solvaciju.

autakoid

Iako većini nukleozida nedostaje značajna biološka aktivnost, adenozin je izrazita iznimka kod sisavaca. To djeluje kao autakoid, analogan "lokalnom hormonu" i kao neuromodulator.

Ovaj nukleozid slobodno cirkulira u krvotoku i djeluje lokalno, s različitim učincima na širenje krvnih žila, kontrakcije glatkih mišića, ispuštanje neurona, oslobađanje neurotransmitera i metabolizam masti. Povezana je i s regulacijom otkucaja srca.

Ova molekula je također uključena u regulaciju obrazaca spavanja. Koncentracija adenozina povećava i potiče umor. Zbog toga nam kofein pomaže da ostanemo budni: blokira interakciju neurona s izvanstaničnim adenozinom.

Strukturni blokovi regulatornih elemenata

Značajan broj uobičajenih metaboličkih putova u stanicama ima regulatorne mehanizme temeljene na razinama ATP-a, ADP-a i AMP-a. Ove posljednje dvije molekule imaju istu strukturu kao ATP, ali su izgubile jednu, odnosno dvije fosfatne skupine.

Kao što smo spomenuli u prethodnom odjeljku, ATP je nestabilna molekula. Stanica bi trebala proizvesti ATP samo kad joj treba, jer ga mora brzo iskoristiti. Sam ATP također je element koji regulira metaboličke putove, jer njegova prisutnost ukazuje stanici da ne bi trebala stvarati više ATP-a.

Suprotno tome, njegovi hidrolizirani derivati ​​(AMP) upozoravaju stanicu da ATP istekne i mora stvarati više. Dakle, AMP aktivira metaboličke puteve za proizvodnju energije, poput glikolize.

Slično tome, mnogi signali hormonskog tipa (poput onih koji sudjeluju u metabolizmu glikogena) posreduju unutarćelijski molekulama cAMP (c je ciklički) ili sličnom varijantom, ali s guaninom u svojoj strukturi: cGMP.

Gradivo koenzima

U više koraka u metaboličkim putevima enzimi ne mogu djelovati sami. Potrebne su im dodatne molekule da bi mogli ispuniti svoje funkcije; Ti se elementi nazivaju koenzimi ili kosubstrati, pri čemu je potonji izraz prikladniji, jer koenzimi nisu katalitički aktivni.

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

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

Primjerice, nukleotidi pirimidina vrlo su važni koenzimi enzima s dehidrogenaznom aktivnošću i odgovorni su za transport hidridnih iona.

Reference

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M.,… i Walter, P. (2013). Bitna stanična biologija. Garland Science.
2. Cooper, GM i Hausman, RE (2007). Stanica: molekularni pristup. Washington, DC, Sunderland, MA.
3. Griffiths, AJ (2002). Suvremena genetska analiza: integriranje gena i genoma. Macmillan.
4. Griffiths, AJ, Wessler, SR, Lewontin, RC, Gelbart, WM, Suzuki, DT, i Miller, JH (2005). Uvod u genetsku analizu. Macmillan.
5. Koolman, J., i Röhm, KH (2005). Biokemija: tekst i atlas. Panamerican Medical Ed.
6. Passarge, E. (2009). Tekst i atlas genetike. Panamerican Medical Ed.