АЗОТНЫЕ ОСНОВЫ: КЛАССИФИКАЦИЯ И ФУНКЦИИ - БИОЛОГИЯ - 2025

Эти азотистые основания являются органическими соединениями heterocyclically богатые азота. Они являются частью строительных блоков нуклеиновых кислот и других молекул, представляющих биологический интерес, таких как нуклеозиды, динуклеотиды и внутриклеточные мессенджеры. Другими словами, азотистые основания являются частью звеньев, составляющих нуклеиновые кислоты (РНК и ДНК) и другие упомянутые молекулы.

Есть две основные группы азотистых оснований: пуриновые или пуриновые основания и пиримидиновые или пиримидиновые основания. Аденин и гуанин относятся к первой группе, а тимин, цитозин и урацил являются пиримидиновыми основаниями. Эти базы обычно обозначаются первой буквой: A, G, T, C и U.

Различные азотистые основания в ДНК и РНК.
Источник: Пользователь: Sponktranslation: Пользователь: Jcfidy

Строительными блоками ДНК являются A, G, T и C. В этом порядке оснований закодирована вся информация, необходимая для построения и развития живого организма. В РНК компоненты такие же, только T заменен на U.

Структура и классификация

Основания азота представляют собой плоские молекулы ароматического и гетероциклического типа, которые обычно являются производными пуринов или пиримидинов.

Пиримидиновое кольцо

Химическая структура пиримидина.

Пиримидиновое кольцо представляет собой шестичленные гетероциклические ароматические кольца с двумя атомами азота. Атомы пронумерованы по часовой стрелке.

Пуриновое кольцо

Химическая структура пурина.

Пуриновое кольцо состоит из двухкольцевой системы: одно по структуре аналогично пиримидиновому кольцу, а другое - имидазольному кольцу. Эти девять атомов слиты в единое кольцо.

Пиримидиновое кольцо представляет собой плоскую систему, тогда как пурины несколько отклоняются от этого образца. Сообщалось о небольшой складке или складке между имидазольным кольцом и пиримидиновым кольцом.

Свойства азотистых оснований

ароматичности

В органической химии ароматическое кольцо определяется как молекула, электроны которой по двойным связям имеют свободную циркуляцию в циклической структуре. Подвижность электронов в кольце придает стабильность молекуле - если сравнивать 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 виде таутомерных пар. Кето-таутомеры преобладают при нейтральном pH для оснований урацила, тимина и гуанина. Напротив, енольная форма преобладает для цитозина при нейтральном pH. Этот аспект важен для образования водородных связей между основаниями.

Поглощение УФ-излучения

Еще одно свойство пуринов и пиримидинов - их способность сильно поглощать ультрафиолетовый свет (УФ-свет). Такой характер поглощения является прямым следствием ароматичности его гетероциклических колец.

Спектр поглощения имеет максимум около 260 нм. Исследователи используют этот стандарт для количественного определения количества ДНК в своих образцах.

Растворимость воды

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

Азотные основы, представляющие биологический интерес

Хотя существует большое количество азотистых оснований, в клеточной среде живых организмов мы находим лишь некоторые из них.

Наиболее распространенные пиримидины - цитозин, урацил и тимин (5-метилурацил). Цитозин и тимин - это пиримидины, обычно присутствующие в двойной спирали ДНК, тогда как цитозин и урацил распространены в РНК. Обратите внимание, что единственная разница между урацилом и тимином - это метильная группа при углероде 5.

Аналогичным образом, наиболее распространенными пуринами являются аденин (6-аминопурин) и гуанин (2-амино-6-оксипурин). Эти соединения широко представлены в молекулах как ДНК, так и РНК.

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

Как они спариваются?

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

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

В водородном мостике два электроотрицательных атома разделяют протон между основаниями. Для образования водородной связи 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 такими, поскольку ДНК должна легко открываться для репликации.

Правило Чаргаффа

Пары оснований образуют водородные связи, следуя следующей схеме образования пар пурин-пиримидин, известной как правило Чаргаффа: пары гуанина с цитозином и пары аденина с тимином.

Пара GC образует друг с другом три водородных контейнера, а пара AT связана 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) проходит в противоположных направлениях: одна 5 '→ 3', а другая 3 '→ 5'.

Характеристики

Строительные блоки нуклеиновых кислот

Органические существа представляют собой тип биомолекул, называемых нуклеиновыми кислотами. Это очень большие полимеры, состоящие из повторяющихся мономеров - нуклеотидов, соединенных особым типом связи, называемой фосфодиэфирной связью. Они подразделяются на два основных типа: ДНК и РНК.

Каждый нуклеотид состоит из фосфатной группы, сахара (тип дезоксирибозы в ДНК и рибозы в РНК) и одного 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, а также элементов, которые регулируют их экспрессию.

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

В РНК

Как и ДНК, РНК представляет собой нуклеотидный полимер, за исключением того, что основание T заменено на U. Эта молекула имеет форму единой полосы и выполняет широкий спектр биологических функций.

В клетке три основных РНК. Информационная РНК является посредником между образованием ДНК и белка. Он отвечает за копирование информации в ДНК и передачу ее механизму трансляции белков. Рибосомная РНК, второй тип, является структурной частью этого сложного механизма.

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

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

У организмов должны быть пути для регуляции своих генов, то есть для того, чтобы решать, экспрессируются они или нет. Точно так же генетический материал состоит только из словаря испанских слов, а регулирующий механизм позволяет сформировать литературное произведение.

Строительные блоки нуклеозидтрифосфатов

Основания азота являются частью нуклеозидтрифосфатов, молекулы, которая, как ДНК и РНК, представляет биологический интерес. Помимо основания, он состоит из пентозы и трех фосфатных групп, связанных вместе высокоэнергетическими связями.

Благодаря этим связям нуклеозидтрифосфаты представляют собой молекулы, богатые энергией, и являются основным продуктом метаболических путей, направленных на высвобождение 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 пятом положении этого углевода связаны все три фосфатные группы.

В общем, АТФ - это энергетическая валюта клетки, поскольку его можно быстро использовать и регенерировать. Многие общие метаболические пути среди органических веществ используют и производят АТФ.

Его «сила» основана на высокоэнергетических связях, образованных фосфатными группами. Отрицательные заряды этих групп постоянно отталкиваются. Есть и другие причины, предрасполагающие к гидролизу АТФ, включая резонансную стабилизацию и сольватацию.

физиологически активное вещество

Хотя большинство нуклеозидов не обладают значительной биологической активностью, аденозин для млекопитающих является явным исключением. Это работает как аутакоид, аналог «местного гормона» и как нейромодулятор.

Этот нуклеозид свободно циркулирует в кровотоке и действует локально, оказывая различное воздействие на расширение кровеносных сосудов, сокращение гладких мышц, разряды нейронов, высвобождение нейромедиаторов и метаболизм жиров. Это также связано с регулированием частоты сердечных сокращений.

Эта молекула также участвует в регуляции режима сна. Повышается концентрация аденозина, что способствует утомлению. Вот почему кофеин помогает нам бодрствовать: он блокирует взаимодействие нейронов с внеклеточным аденозином.

Структурные блоки регулирующих элементов

У значительного числа общих метаболических путей в клетках есть регуляторные механизмы, основанные на уровнях АТФ, АДФ и АМФ. Эти две последние молекулы имеют ту же структуру, что и АТФ, но потеряли одну и две фосфатные группы соответственно.

Как мы упоминали в предыдущем разделе, АТФ - нестабильная молекула. Клетка должна производить АТФ только тогда, когда это необходимо, поскольку она должна использовать его быстро. Сам по себе АТФ также является элементом, регулирующим метаболические пути, поскольку его присутствие указывает клетке, что она не должна производить больше АТФ.

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

Точно так же многие сигналы гормонального типа (например, те, которые участвуют в метаболизме гликогена) опосредуются внутриклеточно молекулами цАМФ (с означает циклический) или аналогичным вариантом, но с гуанином в своей структуре: цГМФ.

Строительные блоки коферментов

На нескольких этапах метаболизма ферменты не могут действовать в одиночку. Им нужны дополнительные молекулы, чтобы они могли выполнять свои функции; Эти элементы называются коферментами или косубстратами, последний термин является более подходящим, поскольку коферменты не являются каталитически активными.

В этих каталитических реакциях возникает необходимость переноса электронов или группы атомов на другой субстрат. Вспомогательные молекулы, участвующие в этом явлении, - коферменты.

Основания азота являются структурными элементами этих кофакторов. Среди наиболее известных - пиримидиновые нуклеотиды (NAD ⁺ , NADP ⁺ ), FMN, FAD и кофермент A. 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). Существенная клеточная биология. Наука о гирляндах.
2. Купер, GM, и Хаусман, RE (2007). Клетка: молекулярный подход. Вашингтон, округ Колумбия, Сандерленд, Массачусетс.
3. Гриффитс, AJ (2002). Современный генетический анализ: интеграция генов и геномов. Macmillan.
4. Гриффитс, А.Дж., Весслер, С.Р., Левонтин, Р.С., Гелбарт, В.М., Сузуки, Д.Т., и Миллер, Дж. Введение в генетический анализ. Macmillan.
5. Кулман, Дж. И Рем, К. Х. (2005). Биохимия: текст и атлас. Panamerican Medical Ed.
6. Пассарж, Э. (2009). Текст и атлас генетики. Panamerican Medical Ed.