SLĀPEKĻA BĀZES: KLASIFIKĀCIJA UN FUNKCIJAS - BIOLOĢIJA - 2025

The slāpekļa bāzes ir organiski savienojumi heterocikliski bagāti ar slāpekli. Tie ir daļa no nukleīnskābēm un citām bioloģiski nozīmīgām molekulām, piemēram, nukleozīdiem, dinukleotīdiem un starpšūnu kurjeriem. Citiem vārdiem sakot, slāpekļa bāzes ir to vienību daļa, kas veido nukleīnskābes (RNS un DNS), un pārējās minētās molekulas.

Ir divas galvenās slāpekļa bāzu grupas: purīna vai purīna bāzes un pirimidīna vai pirimidīna bāzes. Adenīns un guanīns pieder pie pirmās grupas, bet timīns, citozīns un uracils ir pirimidīna bāzes. Šīs bāzes parasti apzīmē ar pirmo burtu: A, G, T, C un U.

Dažādas slāpekļa bāzes DNS un RNS.
Avots: Lietotājs: Sponkt tulkošana: Lietotājs: Jcfidy

DNS pamatā ir A, G, T un C. Šajā bāzu secībā tiek kodēta visa dzīvā organisma veidošanai un attīstībai nepieciešamā informācija. RNS komponenti ir vienādi, tikai T tiek aizstāts ar U.

Uzbūve un klasifikācija

Slāpekļa bāzes ir aromātiska un heterocikliska tipa plakanas molekulas, kuras parasti iegūst no purīniem vai pirimidīniem.

Pirimidīna gredzens

Pirimidīna ķīmiskā struktūra.

Pirimidīna gredzens ir sešu locekļu heterocikliski aromātiski gredzeni ar diviem slāpekļa atomiem. Atomi ir numurēti pulksteņrādītāja virzienā.

Purīna gredzens

Purīna ķīmiskā struktūra.

Purīna gredzens sastāv no divu gredzenu sistēmas: viens ir strukturāli līdzīgs pirimidīna gredzenam, bet otrs ir līdzīgs imidazola gredzenam. Šie deviņi atomi ir sapludināti vienā gredzenā.

Pirimidīna gredzens ir plakana sistēma, bet purīni nedaudz atšķiras no šī modeļa. Starp imidazola gredzenu un pirimidīna gredzenu ir ziņots par nelielu kroku vai kroku veidošanos.

Slāpekļa bāzu īpašības

Aromātiskums

Organiskajā ķīmijā aromātisko gredzenu definē kā molekulu, kuras elektroniem no dubultsaitēm ir brīva aprite cikliskajā struktūrā. Elektronu mobilitāte gredzenā piešķir molekulai stabilitāti, ja mēs to salīdzinām ar to pašu molekulu, bet ar elektroniem, kas fiksēti dubultajās saitēs.

Šīs gredzenu sistēmas aromātiskais raksturs dod viņiem iespēju piedzīvot fenomenu, ko sauc par ketoenola tautomerismu.

Tas ir, purīni un pirimidīni pastāv tautomēros pāros. Neitrālā pH līmenī uracila, timīna un guanīna pamatā ir keto tautomēri. Turpretī enola formā dominē citozīns ar neitrālu pH. Šis aspekts ir būtisks, veidojot ūdeņraža saites starp bāzēm.

UV gaismas absorbcija

Vēl viena purīnu un pirimidīnu īpašība ir to spēja spēcīgi absorbēt ultravioleto gaismu (UV gaismu). Šis absorbcijas modelis ir tiešas heterociklisko gredzenu aromātiskās sekas.

Absorbcijas spektra maksimums ir tuvu 260 nm. Pētnieki izmanto šo standartu, lai kvantitatīvi noteiktu DNS daudzumu paraugos.

Šķīdība ūdenī

Pateicoties slāpekļa bāzu spēcīgajam aromātiskajam raksturam, šīs molekulas praktiski nešķīst ūdenī.

Bioloģiski nozīmīgas slāpekļa bāzes

Lai arī ir liels skaits slāpekļa bāzu, dzīvu organismu šūnu vidē mēs dabiski atrodam tikai dažas.

Visizplatītākie pirimidīni ir citozīns, uracils un timīns (5-metiluracils). Citosīns un timīns ir pirimidīni, kas parasti atrodami DNS dubultā spirālē, savukārt citosīns un uracils ir izplatīti RNS. Ņemiet vērā, ka vienīgā atšķirība starp uracilu un timīnu ir metilgrupa pie 5. oglekļa.

Līdzīgi, visbiežāk purīni ir adenīns (6-amino purīns) un guanīns (2-amino-6-oksi purīns). Šie savienojumi ir bagātīgi gan DNS, gan RNS molekulās.

Ir arī citi purīnu atvasinājumi, kurus šūnā atrodam dabiski, starp tiem ksantīns, hipoksantīns un urīnskābe. Pirmie divi ir atrodami nukleīnskābēs, bet ļoti reti un specifiskā veidā. Turpretī urīnskābe nekad nav atrodama kā šo biomolekulu strukturāls komponents.

Kā viņi pārojas?

DNS struktūru noskaidroja pētnieki Vatsons un Kriks. Pateicoties viņu pētījumam, bija iespējams secināt, ka DNS ir dubultā spirāle. To veido gara nukleotīdu ķēde, kas savienota ar fosfodiestera saitēm, kurās fosfātu grupa veido tiltu starp cukura atlikumu hidroksilgrupām (-OH).

Tikko aprakstītā struktūra līdzinās kāpnēm kopā ar attiecīgajām margām. Slāpekļa bāzes ir kāpņu analogi, kuras ar ūdeņraža saitēm ir sagrupētas dubultā spirālē.

Ūdeņraža tiltā divi elektronegatīvi atomi dala protonu starp bāzēm. Lai izveidotu ūdeņraža saiti, ir nepieciešama ūdeņraža atoma ar nelielu pozitīvu lādiņu un akceptora piedalīšanās ar nelielu negatīvu lādiņu.

Tilts ir izveidots starp H un O. Šīs saites ir vājas, un tām tām jābūt, jo DNS jāatver viegli replicēties.

Chargaff noteikums

Bāzes pāri veido ūdeņraža saites, sekojot šādam purīna-pirimidīna pāru savienošanas modelim, kas pazīstams kā Čargafa likums: guanīna pāri ar citozīnu un adenīna pāri ar timīnu.

GC pāris veido trīs ūdeņraža tvertnes viens otram, savukārt AT pāri savieno tikai divi tilti. Tādējādi mēs varam paredzēt, ka DNS ar lielāku GC saturu būs stabilāka.

Katra no ķēdēm (vai margas pēc mūsu analoģijas) virzās pretējos virzienos: viena 5 ′ → 3 ′ un otra 3 ′ → 5 ′.

Iespējas

Nukleīnskābju celtniecības bloki

Organiskās būtnes satur tāda veida biomolekulas, ko sauc par nukleīnskābēm. Tie ir ļoti lieli polimēri, kas sastāv no atkārtotiem monomēriem - nukleotīdiem, kurus savieno īpaša veida saite, ko sauc par fosfodiestera saiti. Tos klasificē divos pamatveidos - DNS un RNS.

Katru nukleotīdu veido fosfātu grupa, cukurs (dezoksiribozes tips DNS un riboze RNS) un viena no piecām slāpekļa bāzēm: A, T, G, C un U. Ja fosfātu grupas nav. , molekulu sauc par nukleozīdu.

DNS

DNS ir dzīvo būtņu ģenētiskais materiāls (izņemot dažus vīrusus, kas galvenokārt izmanto RNS). Izmantojot 4 bāzes kodu, DNS ir visu olbaltumvielu, kas eksistē organismos, secība, kā arī elementu, kas regulē to ekspresiju.

DNS struktūrai jābūt stabilai, jo organismi to izmanto informācijas kodēšanai. Tomēr tā ir molekula, kurai ir nosliece uz izmaiņām, ko sauc par mutācijām. Šīs ģenētiskā materiāla izmaiņas ir evolūcijas pārmaiņu pamatmateriāls.

RNS

Tāpat kā DNS, RNS ir nukleotīdu polimērs, izņemot to, ka T bāzi aizstāj ar U. Šī molekula ir vienas joslas formā un pilda plašu bioloģisko funkciju klāstu.

Šūnā ir trīs galvenās RNS. Messenger RNS ir starpnieks starp DNS un olbaltumvielu veidošanos. Tas ir atbildīgs par informācijas kopēšanu DNS un nogādāšanu olbaltumvielu translācijas mašīnā. Ribosomu RNS, kas ir otrais tips, ir šīs sarežģītās iekārtas strukturālā daļa.

Trešais tips jeb pārneses RNS ir atbildīgs par atbilstošu aminoskābju atlikumu pārnešanu olbaltumvielu sintēzei.

Papildus trim “tradicionālajām” RNS ir arī virkne mazu RNS, kas piedalās gēnu ekspresijas regulēšanā, jo visus DNS kodētos gēnus šūnā nevar izteikt pastāvīgi un tādā pašā apjomā.

Organismiem ir jābūt veidiem, kā regulēt savus gēnus, tas ir, izlemt, vai tie ir izteikti vai nē. Tāpat ģenētiskais materiāls sastāv tikai no spāņu vārdu vārdnīcas, un regulēšanas mehānisms ļauj veidot literāru darbu.

Nukleozīdu trifosfātu celtniecības bloki

Slāpekļa bāzes ir daļa no nukleozīdu trifosfātiem, molekula, kurai, tāpat kā DNS un RNS, ir bioloģiska interese. Papildus pamatnei tas sastāv no pentozes un trim fosfātu grupām, kas savienotas kopā ar augstas enerģijas saitēm.

Pateicoties šīm saitēm, nukleozīdu trifosfāti ir ar enerģiju bagātas molekulas un ir metabolisma ceļu, kas cenšas atbrīvot enerģiju, galvenais produkts. Starp visvairāk izmantotajiem ir ATP.

ATP vai adenozīna trifosfātu veido slāpekļa bāzes adenīns, kas savienots ar oglekli, kas atrodas pentozes tipa cukura 1. vietā: riboze. Šī ogļhidrāta piektajā pozīcijā visas trīs fosfātu grupas ir saistītas.

Kopumā ATP ir šūnas enerģijas valūta, jo to var ātri izmantot un reģenerēt. Daudzi izplatīti metabolisma ceļi organisko vielu starpā lieto un rada ATP.

Tās "jauda" balstās uz saitēm ar augstu enerģētisko vērtību, kuras veido fosfātu grupas. Šo grupu negatīvie lādiņi nepārtraukti atgrūž. Ir arī citi cēloņi, kas predisponē ATP hidrolīzi, ieskaitot rezonanses stabilizāciju un solvāciju.

Autakoīds

Lai arī lielākajai daļai nukleozīdu nav nozīmīgas bioloģiskās aktivitātes, adenozīns ir izteikts izņēmums zīdītājiem. Tas darbojas kā autakoīds, analogs "vietējam hormonam" un kā neiromodulators.

Šis nukleozīds brīvi cirkulē asinsritē un darbojas lokāli, dažādi ietekmējot asinsvadu paplašināšanos, gludo muskuļu kontrakcijas, neironu izlādes, neirotransmiteru izdalīšanos un tauku metabolismu. Tas ir saistīts arī ar sirdsdarbības ātrumu regulēšanu.

Šī molekula ir iesaistīta arī miega režīma regulēšanā. Adenozīna koncentrācija palielinās un veicina nogurumu. Tāpēc kofeīns palīdz mums palikt nomodā: tas bloķē neironu mijiedarbību ar ārpusšūnu adenozīnu.

Normatīvo elementu strukturālie bloki

Ievērojamam skaitam parasto metabolisma ceļu šūnās ir regulējoši mehānismi, kuru pamatā ir ATP, ADP un AMP līmeņi. Šīm pēdējām divām molekulām ir tāda pati struktūra kā ATP, taču tās attiecīgi ir zaudējušas vienu un divas fosfātu grupas.

Kā mēs minējām iepriekšējā sadaļā, ATP ir nestabila molekula. Šūnai vajadzētu ražot ATP tikai tad, kad tai tas ir nepieciešams, jo tai tas ātri jāizmanto. Arī pats ATP ir elements, kas regulē vielmaiņas procesus, jo tā klātbūtne šūnai norāda, ka tai nevajadzētu ražot vairāk ATP.

Turpretī tā hidrolizētie atvasinājumi (AMP) brīdina šūnu, ka ATP izbeidzas un tai jāražo vairāk. Tādējādi AMP aktivizē vielmaiņas procesus enerģijas ražošanā, piemēram, glikolīzi.

Līdzīgi daudzus hormonālos signālus (piemēram, tos, kas iesaistīti glikogēna metabolismā) starpšūnās pārraida cAMP molekulas (c ir ciklisks) vai līdzīgs variants, bet ar guanīnu tā struktūrā: cGMP.

Koenzīmu celtniecības bloki

Vairākos metabolisma posmos fermenti nevar darboties atsevišķi. Viņiem ir vajadzīgas papildu molekulas, lai viņi varētu pildīt savas funkcijas; Šos elementus sauc par koenzīmiem vai kosubstrastiem, pēdējais termins ir piemērotāks, jo koenzīmi nav katalītiski aktīvi.

Šajās katalītiskajās reakcijās ir jāpārnes elektroni vai atomu grupa uz citu substrātu. Palīgmolekulas, kas piedalās šajā parādībā, ir koenzīmi.

Slāpekļa bāzes ir šo kofaktoru strukturālie elementi. Starp visatpazīstamākajiem ir pirimidīna nukleotīdi (NAD ⁺ , NADP ⁺ ), FMN, FAD un koenzīms A. Tie cita starpā piedalās ļoti svarīgos metabolisma ceļos, piemēram, glikolīzē, Krebsa ciklā, fotosintēzē.

Piemēram, pirimidīna nukleotīdi ir ļoti svarīgi enzīmu koenzīmi ar dehidrogenāzes aktivitāti un ir atbildīgi par hidrīda jonu transportēšanu.

Atsauces

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M.,… & Walter, P. (2013). Būtiskā šūnu bioloģija. Garland zinātne.
2. Kūpers, GM un Hausmans, RE (2007). Šūna: molekulārā pieeja. Vašingtona DC, Sunderland, MA.
3. Griffiths, AJ (2002). Mūsdienu ģenētiskā analīze: gēnu un genomu integrēšana. Makmillans.
4. Griffiths, AJ, Wessler, SR, Lewontin, RC, Gelbart, WM, Suzuki, DT, & Miller, JH (2005). Ievads ģenētiskajā analīzē. Makmillans.
5. Koolman, J., & Röhm, KH (2005). Bioķīmija: teksts un atlants. Panamerican Medical Ed.
6. Passarge, E. (2009). Ģenētikas teksts un atlants. Panamerican Medical Ed.