Ogólność
Zasady azotowe to aromatyczne heterocykliczne związki organiczne zawierające atomy azotu, które biorą udział w budowie nukleotydów.
Owoc połączenia zasady azotowej, pentozy (tj. cukru o 5 atomach węgla) i grupy fosforanowej, nukleotydy są jednostkami molekularnymi, które tworzą kwas nukleinowy DNA i RNA.
W DNA zasadami azotowymi są: adenina, guanina, cytozyna i tymina; w „RNA są takie same, z wyjątkiem tyminy, w miejscu której c” jest zasadą azotową zwaną uracylem.
W przeciwieństwie do RNA, zasady azotowe DNA tworzą pary lub pary zasad.Obecność takiego parowania jest możliwa, ponieważ DNA ma dwuniciową strukturę nukleotydów.
Ekspresja genów zależy od sekwencji zasad azotowych przyłączonych do nukleotydów DNA.
Czym są zasady azotowe?
Zasady azotowe to organiczne cząsteczki zawierające azot, które biorą udział w budowie nukleotydów.
Utworzone z zasady azotowej, 5-węglowego cukru (pentozy) i grupy fosforanowej, nukleotydy są jednostkami molekularnymi, które tworzą DNA i RNA kwasów nukleinowych.
Kwasy nukleinowe DNA i RNA to makrocząsteczki biologiczne, od których zależy rozwój i prawidłowe funkcjonowanie komórek żywej istoty.
AZOTOWE PODSTAWY KWASÓW NUKLEJOWYCH
Zasady azotowe tworzące kwasy nukleinowe DNA i RNA to: adenina, guanina, cytozyna, tymina i uracyl.
Adenina, guanina i cytozyna są wspólne dla obu kwasów nukleinowych, tj. są częścią zarówno nukleotydów DNA, jak i nukleotydów RNA. Tymina występuje wyłącznie w DNA, podczas gdy uracyl występuje wyłącznie w RNA.
Dokonując krótkiego podsumowania, zasady azotowe, które tworzą kwas nukleinowy (czy to DNA, czy RNA) należą do 4 różnych typów.
SKRÓTY BAZ AZOTOWYCH
Chemicy i biolodzy uznali za właściwe skrócenie nazw zasad azotowych jedną literą alfabetu, co ułatwiło i przyśpieszyło przedstawianie i opisywanie kwasów nukleinowych w tekstach.
L „adenina pokrywa się z wielką literą A; guanina z wielką literą G; cytozyna z dużą literą C; tymina z dużą literą T; wreszcie l” uracyl z dużą literą U.
Klasy i struktura
Istnieją dwie klasy zasad azotowych: klasa zasad azotowych wywodzących się z pirymidyny i klasa zasad azotowych wywodzących się z puryn.
Rysunek: ogólna struktura chemiczna pirymidyny i puryny.
Zasady azotowe pochodzące od pirymidyny są również znane pod alternatywnymi nazwami: zasady azotowe pirymidynowe lub pirymidynowe; podczas gdy zasady azotowe pochodzące od puryny są również znane pod alternatywnymi określeniami: purynowe lub purynowe zasady azotowe.
Cytozyna, tymina i uracyl należą do klasy pirymidynowych zasad azotowych; z kolei adenina i guanina tworzą klasę purynowych zasad azotowych.
Przykłady pochodnych puryn innych niż zasady azotowe DNA i RNA
Wśród pochodnych puryn znajdują się również związki organiczne, które nie są azotowymi zasadami DNA i RNA, na przykład związki takie jak kofeina, ksantyna, hipoksantyna, teobromina i kwas moczowy należą do powyższej kategorii.
CZYM SĄ PODSTAWY AZOTOWE Z CHEMICZNEGO PUNKTÓW WIDZENIA?
Chemicy organiczni definiują zasady azotowe i wszystkie pochodne puryn i pirymidyny jako aromatyczne związki heterocykliczne.
- Związek heterocykliczny jest związkiem pierścienia organicznego (lub cyklicznego), który we wspomnianym pierścieniu zawiera jeden lub więcej atomów innych niż węgiel. W przypadku puryn i pirymidyn atomami azotu są atomy inne niż węgiel.
- Związek aromatyczny to organiczny związek pierścieniowy o właściwościach strukturalnych i funkcjonalnych podobnych do właściwości benzenu.
STRUKTURA
Rysunek: struktura chemiczna benzenu.
Struktura chemiczna zasad azotowych pochodzących od pirymidyny składa się głównie z pojedynczego pierścienia z 6 atomami, z których 4 to węgiel, a 2 to azot.
W rzeczywistości pirymidynowa zasada azotowa jest pirymidyną z jednym lub większą liczbą podstawników (tj. pojedynczym atomem lub grupą atomów) związanych z jednym z atomów węgla pierścienia.
Z drugiej strony, struktura chemiczna zasad azotowych pochodzących od puryny składa się głównie z podwójnego pierścienia z 9 atomami całkowitymi, z których 5 to węgiel, a 4 to azot. Wspomniany wcześniej podwójny pierścień z 9 atomami w sumie pochodzi z fuzji pierścienia pirydyminowego (tj. pierścienia pirymidynowego) z pierścieniem imidazolowym (tj. pierścieniem imidazolowym, innym heterocyklicznym związkiem organicznym).
Rysunek: struktura imidazolu.
Jak wiadomo, pierścień pirymidynowy zawiera 6 atomów; podczas gdy pierścień imidazolowy zawiera 5. Po fuzji dwa pierścienie mają wspólne po dwa atomy węgla, co wyjaśnia, dlaczego końcowa struktura zawiera w szczególności 9 atomów.
POZYCJA ATOMÓW AZOTU W PURYNACH I PIRYMIDYNACH
Aby uprościć badanie i opis cząsteczek organicznych, chemicy organiczni myśleli o przypisaniu numeru identyfikacyjnego węglom i wszystkim innym atomom struktur nośnych. Numeracja zawsze zaczyna się od 1, opiera się na bardzo konkretnych kryteriach przypisania (które tutaj lepiej pominąć) i służy do ustalenia pozycji każdego atomu w cząsteczce.
W przypadku pirymidyn kryteria przypisania liczbowego ustalają, że 2 atomy azotu zajmują pozycje 1 i 3, podczas gdy 4 atomy węgla znajdują się w pozycjach 2, 4, 5 i 6.
Z drugiej strony dla puryn kryteria przypisania liczbowego ustalają, że 4 atomy azotu zajmują pozycje 1, 3, 7 i 9, podczas gdy 5 atomów węgla znajduje się w pozycjach 2, 4, 5, 6 i 8.
Pozycja w nukleotydach
Azotowa zasada nukleotydu zawsze łączy się z węglem w pozycji 1 odpowiedniej pentozy poprzez kowalencyjne wiązanie N-glikozydowe.
W szczególności,
- ten zasady azotowe pochodzące od pirymidyny tworzą wiązanie N-glikozydowe poprzez swój azot w pozycji 1;
- Podczas zasady azotowe pochodzące z puryn tworzą wiązanie N-glikozydowe poprzez swój azot w pozycji 9.
W strukturze chemicznej nukleotydów pentoza stanowi centralny element, z którym wiąże się zasada azotowa i grupa fosforanowa.
Wiązanie chemiczne, które łączy grupę fosforanową z pentozą jest typu fosfodiestrowego i obejmuje tlen grupy fosforanowej i węgiel w pozycji 5 pentozy.
KIEDY PODSTAWY AZOTOWE TWORZĄ NUKLEOZYD?
Połączenie zasady azotowej i pentozy tworzy cząsteczkę organiczną, która przyjmuje nazwę nukleozyd.
Stąd to dodanie grupy fosforanowej zmienia nukleozydy w nukleotydy.
Ponadto, zgodnie ze szczególną definicją nukleotydów, te związki organiczne byłyby „nukleozydami, które mają jedną lub więcej grup fosforanowych połączonych z węglem 5 składowej pentozy”.
Organizacja w DNA
DNA lub kwas dezoksyrybonukleinowy to duża cząsteczka biologiczna składająca się z dwóch bardzo długich nici nukleotydów (lub nici polinukleotydowych).
Te filamenty polinukleotydowe mają pewne cechy, które zasługują na szczególną uwagę, ponieważ mają również ścisły wpływ na zasady azotowe:
- Są ze sobą zjednoczeni.
- Są one zorientowane w przeciwnych kierunkach („włókna antyrównoległe”).
- Owijają się wokół siebie, jakby były dwiema spiralami.
- Tworzące je nukleotydy mają taki układ, że zasady azotowe są zorientowane w kierunku centralnej osi każdej spirali, podczas gdy pentozy i grupy fosforanowe tworzą zewnętrzne rusztowanie tej ostatniej.
Pojedynczy układ nukleotydów powoduje, że każda zasada azotowa jednego z dwóch filamentów polinukleotydowych łączy się poprzez wiązania wodorowe z zasadą azotową obecną na drugim włóknie.To połączenie tworzy zatem parę zasad, łączącą tę, którą biolodzy i genetycy nazwij to parowaniem lub parą zasad.
Poc „w rzeczywistości potwierdzono, że dwa filamenty są ze sobą połączone: w celu określenia połączenia służą wiązania istniejące między różnymi zasadami azotowymi dwóch filamentów polinukleotydowych.
KONCEPCJA KOMPLEMENTARNOŚCI MIĘDZY BAZAMI AZOTU
Badając strukturę DNA, naukowcy odkryli, że parowanie między zasadami azotowymi jest bardzo specyficzne i zauważyli, że adenina wiąże się tylko z tyminą, podczas gdy cytozyna wiąże się tylko z guaniną.
W świetle tego odkrycia ukuli termin „komplementarność zasad azotowych”, aby wskazać na jednoznaczne wiązanie adeniny z tyminą i cytozyny z guaniną.
Identyfikacja komplementarnych par między zasadami azotowymi stanowiła kluczowy element wyjaśniający fizyczne wymiary DNA i szczególną stabilność, jaką cieszą się dwie nici polinukleotydowe.
Amerykański biolog James Watson i angielski biolog Francis Crick w 1953 r. wnieśli decydujący wkład w odkrycie struktury DNA (od „spiralnego zwinięcia dwóch nici polinukleotydowych” do parowania komplementarnych zasad azotowych).
Dzięki sformułowaniu tak zwanego „modelu podwójnej helisy”, Watson i Crick mieli „niesamowitą intuicję, która stanowiła epokowy punkt zwrotny w dziedzinie biologii molekularnej i genetyki.
W rzeczywistości odkrycie dokładnej struktury DNA umożliwiło badanie i zrozumienie procesów biologicznych związanych z kwasem dezoksyrybonukleinowym: od tego, jak RNA replikuje lub tworzy się, po to, jak generuje białka.
WIĘZI, KTÓRE ŁĄCZĄ WSPÓLNIE PARY PODSTAW AZOTOWYCH
Aby zjednoczyć dwie zasady azotowe w cząsteczce DNA, tworząc komplementarne pary, tworzy się szereg wiązań chemicznych, znanych jako wiązania wodorowe.
Adenina i tymina oddziałują ze sobą za pomocą dwóch wiązań wodorowych, natomiast guanina i cytozyna za pomocą trzech wiązań wodorowych.
ILE PAR PODSTAW AZOTOWYCH ZAWIERA CZĄSTECZKA LUDZKIEGO DNA?
Ogólna cząsteczka ludzkiego DNA zawiera około 3,3 miliarda par zasad azotowych, co stanowi około 3,3 miliarda nukleotydów na nić.
Rysunek: oddziaływanie chemiczne między adeniną i tyminą oraz między guaniną i cytozyną. Czytelnik może odnotować pozycję i liczbę wiązań wodorowych, które łączą razem zasady azotowe dwóch nici polinukleotydowych.
Organizacja w RNA
W przeciwieństwie do DNA, RNA lub kwas rybonukleinowy jest kwasem nukleinowym, który zwykle składa się z pojedynczej nici nukleotydów.
Dlatego zasady azotowe, które go tworzą, są „niesparowane”.
Należy jednak podkreślić, że brak komplementarnej nici zasad azotowych nie wyklucza możliwości, że zasady azotowe RNA mogą łączyć się w pary jak te z DNA.
Innymi słowy, zasady azotowe pojedynczej nici RNA mogą się sparować, zgodnie z prawami komplementarności zasad azotowych, tak jak zasady azotowe DNA.
Komplementarne parowanie zasad azotowych dwóch różnych cząsteczek RNA jest podstawą ważnego procesu syntezy białek (lub syntezy białek).
URACILE ZASTĘPUJE TIMINA
W „RNA” uracyl zastępuje tyminę DNA nie tylko w strukturze, ale także w komplementarnym parowaniu: w rzeczywistości to zasada azotowa wiąże się specyficznie z adeniną, gdy dwie odrębne cząsteczki RNA pojawiają się dla funkcjonalnego powodów.
Rola biologiczna
Ekspresja genów zależy od sekwencji zasad azotowych przyłączonych do nukleotydów DNA.Geny to mniej lub bardziej długie odcinki DNA (a więc odcinki nukleotydów), które zawierają informację niezbędną do syntezy białek.Zbudowane z aminokwasów, białka są biologicznymi makrocząsteczkami, które odgrywają fundamentalną rolę w regulowaniu mechanizmów komórkowych organizmu.
Sekwencja zasad azotowych danego genu określa sekwencję aminokwasową pokrewnego białka.
