Almindelighed
Nitrogenbaser er aromatiske heterocykliske organiske forbindelser, der indeholder nitrogenatomer, som deltager i opbygningen af nukleotider.
Frugt af foreningen af en nitrogenholdig base, en pentose (dvs. et sukker med 5 carbonatomer) og en fosfatgruppe, nukleotider er de molekylære enheder, der udgør nukleinsyrerne DNA og RNA.
I DNA er de nitrogenholdige baser: adenin, guanin, cytosin og thymin; i "RNA er de ens, undtagen thymin, i stedet for hvor c" er en nitrogenholdig base kaldet uracil.
I modsætning til RNA danner nitrogenholdige baser af DNA parring eller basepar. Tilstedeværelsen af sådan parring er mulig, fordi DNA har en dobbeltstrenget struktur af nukleotider.
Genekspressionen afhænger af sekvensen af nitrogenholdige baser forbundet til DNA -nukleotiderne.
Hvad er nitrogenholdige baser?
Kvælstofbaser er de organiske molekyler, der indeholder nitrogen, som deltager i opbygningen af nukleotider.
Nukleotider er dannet hver af en nitrogenholdig base, et 5-carbonsukker (pentose) og en phosphatgruppe og er de molekylære enheder, der udgør nukleinsyrerne DNA og RNA.
Nukleinsyrerne DNA og RNA er de biologiske makromolekyler, som udviklingen og funktionen af cellerne i et levende væsen afhænger af.
NITROGENBASERNE AF NUKLENSYRE
De nitrogenholdige baser, der udgør DNA- og RNA -nukleinsyrerne, er: adenin, guanin, cytosin, thymin og uracil.
Adenin, guanin og cytosin er fælles for begge nukleinsyrer, dvs. de er en del af både DNA -nukleotider og RNA -nukleotider. Thymin er eksklusivt for DNA, mens uracil er eksklusivt for RNA.
Nitrogenholdige baser, der danner en nukleinsyre (det være sig DNA eller RNA), tilhører derfor fire forskellige typer.
FORKORTELSER AF NITROGENBASER
Kemikere og biologer har anset det passende at forkorte navnene på de nitrogenholdige baser med et enkelt bogstav i alfabetet. På den måde har de gjort det lettere og hurtigere at repræsentere og beskrive nukleinsyrer i tekster.
L "adenin falder sammen med store bogstaver A; guanine med store bogstaver G; cytosin med store bogstaver C; thymin med store bogstaver T; endelig l" uracil med store bogstaver U.
Klasser og struktur
Der er to klasser af nitrogenholdige baser: klassen af nitrogenholdige baser, der stammer fra pyrimidin og klassen af nitrogenholdige baser, der stammer fra purin.
Figur: generisk kemisk struktur af en pyrimidin og en purin.
De nitrogenholdige baser, der stammer fra pyrimidin, er også kendt under de alternative navne: pyrimidin eller pyrimidin nitrogenholdige baser; mens de nitrogenholdige baser, der stammer fra purin, også er kendt med de alternative udtryk for: purin eller purin nitrogenholdige baser.
Cytosin, thymin og uracil tilhører klassen af pyrimidin nitrogenholdige baser; adenin og guanin udgør derimod klassen af purin nitrogenholdige baser.
Eksempler på purinderivater, bortset fra nitrogenholdige baser af DNA og RNA
Blandt purinderivaterne er der også organiske forbindelser, der ikke er nitrogenholdige baser af DNA og RNA.For eksempel falder forbindelser som koffein, xanthin, hypoxanthin, theobromin og urinsyre i ovennævnte kategori.
HVAD ER NITROGENBASER FRA DET KEMISKE SYNPUNKT?
Organiske kemikere definerer nitrogenholdige baser og alle derivater af purin og pyrimidin som aromatiske heterocykliske forbindelser.
- En heterocyklisk forbindelse er en organisk ring (eller cyklisk) forbindelse, der i den førnævnte ring har et eller flere andre atomer end carbon. For puriner og pyrimidiner er andre atomer end carbon nitrogenatomer.
- En aromatisk forbindelse er en organisk ringforbindelse med strukturelle og funktionelle egenskaber svarende til benzen.
STRUKTUR
Figur: kemisk struktur af benzen.
Den kemiske struktur af de nitrogenholdige baser, der stammer fra pyrimidin, består hovedsageligt af en enkelt ring med 6 atomer, hvoraf 4 er kulstof og 2 af dem er nitrogen.
Faktisk er en pyrimidin -nitrogenbase en pyrimidin med en eller flere substituenter (dvs. et enkelt atom eller en gruppe af atomer) bundet til et af ringens carbonatomer.
På den anden side består den kemiske struktur af nitrogenholdige baser afledt af purin hovedsageligt af en dobbeltring med 9 totale atomer, hvoraf 5 er kulstof og 4 af dem er nitrogen. Den førnævnte dobbeltring med 9 totale atomer stammer fra sammensmeltningen af en pyridimin ring (dvs. pyrimidinringen) med en imidazolring (dvs. imidazolringen, en anden heterocyklisk organisk forbindelse).
Figur: struktur af imidazol.
Som det er kendt, indeholder pyrimidinringen 6 atomer; mens imidazolringen indeholder 5. Med fusionen har de to ringe fælles to carbonatomer hver, og det forklarer, hvorfor den endelige struktur specifikt indeholder 9 atomer.
POSITION AF NITROGENATOM I PURINER OG PYRIMIDINER
For at forenkle undersøgelsen og beskrivelsen af organiske molekyler tænkte organiske kemikere på at tildele et identifikationsnummer til carbonatomer og alle de andre atomer i understøttende strukturer. Nummereringen starter altid fra 1, er baseret på meget specifikke tildelingskriterier (som her er bedre at udelade) og tjener til at fastslå placeringen af hvert atom i molekylet.
For pyrimidiner fastslår de numeriske tildelingskriterier, at de 2 nitrogenatomer indtager position 1 og position 3, mens de 4 carbonatomer befinder sig i position 2, 4, 5 og 6.
For puriner derimod fastslår de numeriske tildelingskriterier, at de 4 nitrogenatomer indtager positionen 1, 3, 7 og 9, mens de 5 carbonatomer ligger i position 2, 4, 5, 6 og 8.
Position i nukleotiderne
Den nitrogenholdige base af et nukleotid forbinder altid carbonet i position 1 af den tilsvarende pentose gennem en kovalent N-glycosidbinding.
I særdeleshed,
- Det nitrogenholdige baser, der stammer fra pyrimidin de danner den N-glycosidiske binding gennem deres nitrogen i position 1;
- Mens nitrogenholdige baser, der stammer fra purin de danner den N-glycosidiske binding gennem deres nitrogen i position 9.
I den kemiske struktur af nukleotider repræsenterer pentosen det centrale element, hvortil nitrogenbasen og phosphatgruppen bindes.
Den kemiske binding, der forbinder phosphatgruppen med pentosen, er af phosphodiester -typen og involverer et oxygen af phosphatgruppen og carbonet i position 5 i pentosen.
Hvornår danner kvælstofbaserne et nukleosid?
Kombinationen af en nitrogenholdig base og en pentose danner et organisk molekyle, der tager navnet nukleosid.
Derfor er det tilføjelsen af fosfatgruppen, der ændrer nukleosiderne til nukleotider.
Desuden ville disse organiske forbindelser ifølge en særlig definition af nukleotider være "nukleosider, der har en eller flere phosphatgrupper, der er forbundet med carbon 5 i den bestanddel, pentose".
Organisation i DNA'et
DNA, eller deoxyribonukleinsyre, er et stort biologisk molekyle, der består af to meget lange tråde af nukleotider (eller polynukleotid -tråde).
Disse polynukleotidfilamenter har nogle egenskaber, som fortjener en særlig omtale, fordi de også tæt påvirker de nitrogenholdige baser:
- De er forenet med hinanden.
- De er orienteret i modsatte retninger ("antiparallelle filamenter").
- De vikler om hinanden, som om de var to spiraler.
- Nukleotiderne, der udgør dem, har et sådant arrangement, så nitrogenholdige baser er orienteret mod hver aksels midterakse, mens pentoserne og phosphatgrupperne danner sidstnævnte ydre stillads.
Nukleotidernes entydige arrangement får hver nitrogenbaseret base i et af de to polynukleotidfilamenter til at forbinde, via hydrogenbindinger, til en nitrogenholdig base, der er til stede på det andet filament. Denne forening skaber derfor en parring af baser, der parrer biologiske og genetikere kalde det parring eller basepar.
Poc "det er faktisk blevet bekræftet, at de to filamenter er forbundet med hinanden: For at bestemme foreningen er de bindinger, der eksisterer mellem de forskellige nitrogenholdige baser i de to polynukleotidfilamenter.
KONCEPT AF KOMPLEMENTARITET MELLEM NITROGENBASER
Ved at studere strukturen af DNA fandt forskerne, at parringen mellem nitrogenholdige baser er meget specifik.Faktisk bemærkede de, at adenin kun binder sig til thymin, mens cytosin kun binder sig til guanin.
I lyset af denne opdagelse opfandt de udtrykket "komplementaritet mellem nitrogenholdige baser" for at angive den entydige binding mellem adenin med thymin og cytosin med guanin.
Identifikationen af komplementær parring mellem nitrogenholdige baser repræsenterede keystone for at forklare de fysiske dimensioner af DNA'et og den særlige stabilitet, som de to polynukleotid -strenge nyder.
Den amerikanske biolog James Watson og den engelske biolog Francis Crick, i 1953, bidrog afgørende til opdagelsen af DNA -strukturen (fra "spiraloprulningen af de to polynukleotid -tråde" til parringen mellem komplementære nitrogenholdige baser).
Med formuleringen af den såkaldte "double helix model" havde Watson og Crick en "utrolig intuition, som repræsenterede et epokalt vendepunkt inden for molekylærbiologi og genetik.
Faktisk gjorde opdagelsen af den nøjagtige struktur af DNA det muligt at studere og forstå de biologiske processer, der involverer deoxyribonukleinsyre: fra hvordan RNA replikerer eller dannes, til hvordan det genererer proteiner.
OBLIGATIONERNE, DER BINDER PARGENE I NITROGENBASER SAMMEN
At forene to nitrogenholdige baser i et DNA -molekyle, der danner komplementære par, er en række kemiske bindinger, kendt som hydrogenbindinger.
Adenin og thymin interagerer med hinanden ved hjælp af to hydrogenbindinger, mens guanin og cytosin ved hjælp af tre hydrogenbindinger.
Hvor mange par kvælstofbaser indeholder et menneskeligt DNA -molekyle?
Et generisk humant DNA -molekyle indeholder omkring 3,3 milliarder nitrogenholdige basepar, hvilket er cirka 3,3 milliarder nukleotider pr. Streng.
Figur: kemisk interaktion mellem adenin og thymin og mellem guanin og cytosin. Læseren kan notere positionen og antallet af hydrogenbindinger, der holder sammen de nitrogenholdige baser af to polynukleotid -tråde.
Organisation i RNA
I modsætning til DNA er RNA eller ribonukleinsyre en nukleinsyre, der normalt består af en enkelt streng af nukleotider.
Derfor er de nitrogenholdige baser, der udgør det, "uparrede".
Det skal dog påpeges, at manglen på en komplementær nitrogenholdig basestreng ikke udelukker muligheden for, at nitrogenholdige baser af RNA kan parre sig som dem af DNA.
Med andre ord kan nitrogenholdige baser af en enkelt RNA -streng parre sig i henhold til lovene om komplementaritet mellem nitrogenholdige baser, ligesom nitrogenbaserede baser i DNA.
Den komplementære parring mellem nitrogenholdige baser af to forskellige RNA -molekyler er grundlaget for den vigtige proces med proteinsyntese (eller proteinsyntese).
URACILEN SKIFTER TIMINA
I "RNA" erstatter uracil thyminet af DNA'et ikke kun i strukturen, men også i den komplementære parring: faktisk er det den nitrogenholdige base, der specifikt binder sig til adeninen, når to forskellige RNA -molekyler optræder for funktionel grunde.
Biologisk rolle
Ekspression af gener afhænger af sekvensen af nitrogenholdige baser, der er forbundet med DNA -nukleotiderne. Gener er mere eller mindre lange segmenter af DNA (derfor segmenter af nukleotider), som indeholder de oplysninger, der er nødvendige for syntesen af proteiner. Består af aminosyrer, proteiner de er biologiske makromolekyler, som spiller en grundlæggende rolle i reguleringen af en organismes cellulære mekanismer.
Den nitrogenholdige basesekvens for et givet gen specificerer aminosyresekvensen for det beslægtede protein.
