Азотистые основы их спаривания, классификация и функции



азотистые основания это органические соединения гетероциклической формы, богатые азотом. Они являются частью структурных блоков нуклеиновых кислот и других молекул, представляющих биологический интерес, таких как нуклеозиды, динуклеотиды и внутриклеточные мессенджеры. Другими словами, азотистые основания являются частью единиц, которые образуют нуклеиновые кислоты (РНК и ДНК) и другие упомянутые молекулы.

Существуют две основные группы азотистых оснований: пуриновые основания или пурины и пиримидиновые основания или пиримидины. Первая группа включает аденин и гуанин, а тимин, цитозин и урацил являются пиримидиновыми основаниями. Обычно эти основания обозначаются их первой буквой: A, G, T, C и U.

Блоки ДНК - это A, G, T и C. При таком упорядочении основ кодируется вся необходимая информация для построения и развития живого организма. В РНК компоненты одинаковы, только то, что Т заменяется на U.

индекс

  • 1 Структура и классификация
    • 1.1 Кольцо пиримидинов
    • 1.2 Пуриновое кольцо
  • 2 Свойства азотистых оснований
    • 2.1 Ароматичность
    • 2.2 Поглощение ультрафиолета
    • 2.3 Растворимость в воде
  • 3 Азотистые основания биологического интереса
  • 4 Как они спариваются?
    • 4.1 Правило Чаргаффа
  • 5 функций
    • 5.1 Структурные блоки нуклеиновых кислот
    • 5.2 Структурные блоки нуклеозидтрифосфатов
    • 5.3 Autacoid
    • 5.4 Структурные блоки регуляторных элементов
    • 5.5 Структурные блоки коферментов
  • 6 Ссылки

Структура и классификация

Азотистые основания представляют собой плоские молекулы ароматического и гетероциклического типа, которые обычно получают из пуринов или пиримидинов..

Кольцо пиримидинов

Кольцо пиримидинов представляет собой гетероциклические ароматические кольца с шестью членами и двумя атомами азота. Атомы пронумерованы по часовой стрелке.

Пуриновое кольцо

Пуриновое кольцо состоит из двухкольцевой системы: одна структурно аналогична пиримидиновому кольцу, а другая аналогична имидазольному кольцу. Эти девять атомов слиты в одно кольцо.

Кольцо пиримидинов представляет собой плоскую систему, в то время как пурины немного отклоняются от этого паттерна. Сообщалось о небольшой складке или складке между имидазольным кольцом и пиримидиновым кольцом..

Свойства азотистых оснований

ароматичности

В органической химии, ароматическое кольцо он определяется как молекула, электроны двойных связей которой имеют свободную циркуляцию в циклической структуре. Подвижность электронов в кольце обеспечивает стабильность молекулы - если мы сравним ее с той же молекулой - но с электронами, закрепленными в двойных связях.

Ароматическая природа этой кольцевой системы дает им возможность испытать явление, называемое кето-енольной таутомерией.

То есть пурины и пиримидины существуют в таутомерных парах. Кето-таутомеры преобладают при нейтральном pH для оснований урацила, тимина и гуанина. Напротив, енольная форма является преобладающей для цитозина при нейтральном pH. Этот аспект является фундаментальным для образования водородных мостиков между основаниями.

Поглощение ультрафиолета

Еще одним свойством пуринов и пиримидинов является их способность сильно поглощать ультрафиолетовый свет (ультрафиолетовый свет). Эта картина поглощения является прямым следствием ароматичности его гетероциклических колец.

Спектр поглощения имеет максимум, близкий к 260 нм. Исследователи используют эту модель для количественного определения количества ДНК в своих образцах.

Растворимость в воде

Благодаря сильному ароматическому характеру азотистых оснований эти молекулы практически нерастворимы в воде.

Азотистые основания биологического интереса

Хотя существует большое количество азотистых оснований, мы находим лишь несколько естественных в клеточной среде живых организмов..

Наиболее распространенными пиримидинами являются цитозин, урацил и тимин (5-метилурацил). Цитозин и тимин - это пиримидины, которые мы обычно находим в двойной спирали ДНК, тогда как цитозин и урацил часто встречаются в РНК. Обратите внимание, что единственной разницей между урацилом и тимином является метильная группа на углероде 5.

Аналогично, наиболее распространенными пуринами являются аденин (6-амино-пурин) и гуанин (2-амино-6-окси-пурин). Эти соединения присутствуют в молекулах ДНК и РНК..

Есть и другие производные пуринов, которые мы естественным образом находим в клетке, среди них ксантин, гипоксантин и мочевая кислота. Первые два могут быть найдены в нуклеиновых кислотах, но очень скудно и пунктуально. Напротив, мочевая кислота никогда не обнаруживается в качестве структурного компонента этих биомолекул..

Как они спариваются?

Структура ДНК была выяснена исследователями Уотсоном и Криком. Благодаря его исследованиям удалось сделать вывод, что ДНК представляет собой двойную спираль. Он состоит из длинной цепи нуклеотидов, связанных фосфодиэфирными связями, в которых фосфатная группа образует мостик между гидроксильными группами (-ОН) остатков сахара.

Структура, которую мы только что описали, напоминает лестницу вместе с соответствующими перилами. Азотистые основания являются аналогами лестниц, которые с помощью водородных мостиков сгруппированы в двойную спираль.

В водородном мостике два электроотрицательных атома делят протон между основаниями. Для образования водородного мостика необходимо участие атома водорода с небольшим положительным зарядом и акцептора с небольшим отрицательным зарядом.

Мост образуется между H и O. Эти связи слабые, и они должны быть, так как ДНК должна легко открываться для репликации.

Правило Чаргаффа

Пары оснований образуют водородные связи по следующей схеме спаривания пурин-пиримидин, известной как правило Чаргаффа: гуаниновые пары с цитозином и аденин с тимином.

Пара GC образует три атома водорода вместе, в то время как пара AT соединена только двумя мостиками. Таким образом, мы можем предсказать, что ДНК с более высоким содержанием GC будет более стабильной.

Каждая из цепей (или поручней в нашей аналогии) движется в противоположных направлениях: одна 5 '→ 3', а другая 3 '→ 5'.

функции

Структурные блоки нуклеиновых кислот

Органические существа представляют собой тип биомолекул, называемых нуклеиновыми кислотами. Это полимеры значительного размера, образованные из повторяющихся мономеров: нуклеотиды, объединенные посредством особого типа связи, называемой фосфодиэфирной связью. Они подразделяются на два основных типа, ДНК и РНК.

Каждый нуклеотид образован фосфатной группой, сахаром (типа дезоксирибозы в ДНК и рибозой в РНК) и одним из пяти азотистых оснований: A, T, G, C и U. Когда фосфатная группа отсутствует молекула называется нуклеозидом.

В ДНК

ДНК - это генетический материал живых существ (за исключением некоторых вирусов, которые в основном используют РНК). Используя код из 4 оснований, ДНК имеет последовательность для всех белков, которые существуют в организмах, кроме элементов, которые регулируют экспрессию того же самого.

Структура ДНК должна быть стабильной, поскольку организмы используют ее для кодирования информации. Тем не менее, это молекула, склонная к изменениям, называемым мутациями. Эти изменения в генетическом материале являются основным материалом для эволюционных изменений..

В РНК

Как и ДНК, РНК представляет собой полимер нуклеотидов, за исключением того, что основание Т заменяется на U. Эта молекула имеет форму простой полосы и выполняет широкий спектр биологических функций..

В клетке есть три основных РНК. Messenger RNA является посредником между образованием ДНК и белка. Он отвечает за копирование информации в ДНК и передачу ее в механизм трансляции белка. Рибосомная РНК второго типа является структурной частью этого сложного механизма..

Третий тип, или перенос РНК, отвечает за перенос аминокислотных остатков, пригодных для синтеза белков..

В дополнение к трем «традиционным» РНК существует ряд небольших РНК, участвующих в регуляции экспрессии генов, поскольку в клетке все гены, кодируемые в ДНК, не могут экспрессироваться постоянно и в одинаковой степени..

Необходимо, чтобы у организмов были способы регулирования их генов, то есть решения, выражены они или нет. Аналогично, генетический материал состоит только из словаря слов на испанском языке, а механизм регулирования позволяет формировать литературное произведение.

Структурные блоки нуклеозидтрифосфатов

Азотистые основания являются частью нуклеозидтрифосфатов, молекулы, которая, подобно ДНК и РНК, представляет биологический интерес. В дополнение к основанию он состоит из пентозы и трех фосфатных групп, связанных вместе посредством высокоэнергетических связей..

Благодаря этим связям нуклеозидтрифосфаты представляют собой богатые энергией молекулы и являются основным продуктом метаболических путей, которые стремятся к высвобождению энергии. Среди наиболее часто используемых АТФ.

АТФ или аденозинтрифосфат состоит из азотистого основания аденина, связанного с углеродом, расположенным в положении 1 сахара пентозного типа: рибозы. В положении пять этого углевода три фосфатные группы связаны.

В общем, АТФ является энергетической валютой клетки, так как она может быть использована и восстановлена ​​быстро. Многие метаболические пути, общие для органических существ, используют и продуцируют АТФ.

Его «сила» основана на высокоэнергетических связях, образованных фосфатными группами. Отрицательные заряды этих групп находятся в постоянном отталкивании. Существуют и другие причины, которые предрасполагают к гидролизу в АТФ, включая стабилизацию посредством резонанса и сольватации..

физиологически активное вещество

Хотя большинству нуклеозидов не хватает значительной биологической активности, аденозин является заметным исключением у млекопитающих. Он действует как аутокоид, аналог "местного гормона" и как нейромодулятор.

Этот нуклеозид свободно циркулирует в кровотоке и действует локально, оказывая различное влияние на расширение кровеносных сосудов, сокращения гладких мышц, выделения нейронов, высвобождение нейротрансмиттеров и метаболизм жиров. Это также связано с регуляцией сердечного ритма.

Эта молекула также участвует в регуляции сна. Концентрация аденозина увеличивается и способствует утомлению. Именно поэтому кофеин помогает нам не спать: он блокирует нейронные взаимодействия с внеклеточным аденозином.

Структурные блоки регуляторных элементов

Значительное количество метаболических путей, распространенных в клетках, обладает регуляторными механизмами, основанными на уровнях АТФ, АДФ и АМФ. Etas две последние молекулы имеют одинаковую структуру АТФ, но потеряли одну и две фосфатные группы, соответственно.

Как мы упоминали в предыдущем разделе, АТФ является нестабильной молекулой. Ячейка должна производить АТФ только тогда, когда это необходимо, так как она должна использовать его быстро. АТФ сама по себе также является элементом, который регулирует метаболические пути, поскольку ее присутствие указывает клетке, что она не должна производить больше АТФ.

Напротив, его гидролизованные производные (AMP) предупреждают клетку о том, что АТФ заканчивается и должен производить больше. Таким образом, AMP активирует метаболические пути производства энергии, такие как гликолиз.

Аналогично, многие гормоноподобные сигналы (например, те, которые участвуют в метаболизме гликогена) опосредуются внутриклеточно молекулами цАМФ (с циклическим) или аналогичным вариантом, но с гуанином в его структуре: цГМФ.

Структурные блоки коферментов

На нескольких этапах метаболических путей ферменты не могут действовать в одиночку. Им нужны дополнительные молекулы, чтобы они могли выполнять свои функции; эти элементы называются коферментами или ко-субстратами, причем последний термин является более подходящим, поскольку коферменты не являются каталитически активными..

В этих каталитических реакциях существует необходимость переноса электронов или группы атомов на другой субстрат. Вспомогательные молекулы, которые участвуют в этом явлении, являются коферментами.

Азотистые основания являются структурными элементами указанных кофакторов. Среди наиболее узнаваемых пиримидиновых нуклеотидов (НАД)+, НАДФ+), FMN, FAD и коэнзим А. Они участвуют в очень важных метаболических путях, таких как гликолиз, цикл Кребса, фотосинтез и другие..

Например, пиримидиновые нуклеотиды являются очень важными коферментами ферментов с дегидрогеназной активностью и отвечают за транспорт гидрид-ионов..

ссылки

  1. Альбертс Б., Брей Д., Хопкин К., Джонсон А.Д., Льюис Дж., Рафф М., ... и Уолтер П. (2013). Основная клеточная биология. Гирлянда Наука.
  2. Купер Дж. М. и Хаусман Р. Э. (2007). Клетка: молекулярный подход. Вашингтон, округ Колумбия, Сандерленд, Массачусетс.
  3. Гриффитс, А.Дж. (2002). Современный генетический анализ: интеграция генов и геномов. Macmillan.
  4. Griffiths, A.J., Wessler, S.R., Lewontin, R.C., Gelbart, W.M., Suzuki, D.T. & Miller, J.H. (2005). Введение в генетический анализ. Macmillan.
  5. Koolman, J. & Röhm, K.H. (2005). Биохимия: текст и атлас. Ed. Panamericana Medical.
  6. Passarge, E. (2009). Генетический текст и атлас. Ed. Panamericana Medical.