Vispārība
Slāpekļa bāzes ir aromātiski heterocikliski organiski savienojumi, kas satur slāpekļa atomus, kas piedalās nukleotīdu veidošanā.
Slāpekļa bāzes, pentozes (ti, cukura ar 5 oglekļa atomiem) un fosfātu grupas savienības augļi, nukleotīdi ir molekulārās vienības, kas veido nukleīnskābju DNS un RNS.
DNS slāpekļa bāzes ir: adenīns, guanīns, citozīns un timīns; sadaļā "RNS tie ir vienādi, izņemot timīnu, kura vietā c" ir slāpekļa bāze, ko sauc par uracilu.
Atšķirībā no RNS, DNS slāpekļa bāzes veido pārus vai bāzes pārus.Šāda pārošanās ir iespējama, jo DNS ir divpavedienu nukleotīdu struktūra.
Gēnu ekspresija ir atkarīga no slāpekļa bāzu secības, kas pievienota DNS nukleotīdiem.
Kas ir slāpekļa bāzes?
Slāpekļa bāzes ir organiskas molekulas, kas satur slāpekli un piedalās nukleotīdu veidošanā.
Nukleotīdi, kas veidojas no slāpekļa bāzes, 5 oglekļa cukura (pentozes) un fosfātu grupas, ir molekulārās vienības, kas veido nukleīnskābju DNS un RNS.
Nukleīnskābju DNS un RNS ir bioloģiskas makromolekulas, no kurām atkarīga dzīvās būtnes šūnu attīstība un pareiza darbība.
Kodolskābju slāpekļa bāzes
Slāpekļa bāzes, kas veido DNS un RNS nukleīnskābes, ir: adenīns, guanīns, citozīns, timīns un uracils.
Adenīns, guanīns un citozīns ir kopīgi abām nukleīnskābēm, ti, tie ir gan DNS nukleotīdu, gan RNS nukleotīdu daļa. Timīns ir ekskluzīvs DNS, bet uracils ir ekskluzīvs RNS.
Īsi apkopojot, slāpekļa bāzes, kas veido nukleīnskābi (vai tā būtu DNS vai RNS), pieder 4 dažādiem veidiem.
Slāpekļa bāzes bāzes saīsinājumi
Ķīmiķi un biologi ir uzskatījuši par lietderīgu saīsināt slāpekļa bāzu nosaukumus ar vienu alfabēta burtu, tādējādi atvieglojot un paužot tekstos nukleīnskābju attēlošanu un aprakstīšanu.
L "adenīns sakrīt ar lielo burtu A; guanīns ar lielo burtu G; citozīns ar lielo burtu C; timīns ar lielo burtu T; visbeidzot, l" uracils ar lielo burtu U.
Klases un struktūra
Ir divas slāpekļa bāzu klases: slāpekļa bāzu klase, kas iegūta no pirimidīna, un slāpekļa bāzu klase, kas iegūta no purīna.
Attēls: pirimidīna un purīna vispārējā ķīmiskā struktūra.
Slāpekļa bāzes, kas iegūtas no pirimidīna, ir pazīstamas arī ar alternatīviem nosaukumiem: pirimidīns vai pirimidīna slāpekļa bāzes; savukārt slāpekļa bāzes, kas iegūtas no purīna, ir pazīstamas arī ar alternatīviem terminiem: purīns vai purīna slāpekļa bāzes.
Citozīns, timīns un uracils pieder pie pirimidīna slāpekļa bāzu klases; no otras puses, adenīns un guanīns veido purīna slāpekļa bāzu klasi.
Purīna atvasinājumu piemēri, izņemot DNS un RNS slāpekļa bāzes
Starp purīna atvasinājumiem ir arī organiski savienojumi, kas nav DNS un RNS slāpekļa bāzes. Piemēram, iepriekšminētajā kategorijā ietilpst tādi savienojumi kā kofeīns, ksantīns, hipoksantīns, teobromīns un urīnskābe.
KAS IR SLĀPEKĻA BĀZES NO ĶĪMISKĀ SKATA?
Organiskie ķīmiķi slāpekļa bāzes un visus purīna un pirimidīna atvasinājumus definē kā aromātiskus heterocikliskus savienojumus.
- Heterociklisks savienojums ir organisks gredzena (vai ciklisks) savienojums, kuram iepriekšminētajā gredzenā ir viens vai vairāki atomi, izņemot oglekli. Purīnu un pirimidīnu gadījumā citi atomi, izņemot oglekli, ir slāpekļa atomi.
- Aromātiskais savienojums ir organisks gredzena savienojums, kuram ir līdzīgas benzola strukturālās un funkcionālās īpašības.
STRUKTŪRA
Attēls: benzola ķīmiskā struktūra.
No pirimidīna iegūtās slāpekļa bāzes ķīmiskā struktūra galvenokārt sastāv no viena gredzena ar 6 atomiem, no kuriem 4 ir ogleklis un 2 slāpeklis.
Faktiski pirimidīna slāpekļa bāze ir pirimidīns ar vienu vai vairākiem aizvietotājiem (ti, vienu atomu vai atomu grupu), kas piesaistīts vienam no gredzena oglekļa atomiem.
No otras puses, no purīna iegūtās slāpekļa bāzes ķīmiskā struktūra galvenokārt sastāv no dubultgredzena ar 9 kopējiem atomiem, no kuriem 5 ir ogleklis un 4 ir slāpeklis. Iepriekš minētais dubults gredzens ar 9 atomu kopumu rodas, saplūstot piridimīna gredzenam (ti, pirimidīna gredzenam) un imidazola gredzenam (ti, imidazola gredzenam, citam heterocikliskam organiskam savienojumam).
Attēls: imidazola struktūra.
Kā zināms, pirimidīna gredzens satur 6 atomus; kamēr imidazola gredzens satur 5. Saplūstot, abi gredzeni apvieno divus oglekļa atomus, un tas izskaidro, kāpēc galīgajā struktūrā konkrēti ir 9 atomi.
SLĀPEKĻA ATOMU POZĪCIJA PURĪNOS UN PIRIMIDĪNOS
Lai vienkāršotu organisko molekulu izpēti un aprakstu, organiskie ķīmiķi izdomāja piešķirt identifikācijas numuru oglekļiem un visiem pārējiem atbalsta struktūru atomiem. Numerācija vienmēr sākas ar 1, tā ir balstīta uz ļoti specifiskiem piešķiršanas kritērijiem (kurus šeit labāk ir izslēgt) un kalpo, lai noteiktu katra atoma stāvokli molekulā.
Pirimidīniem skaitliskie piešķiršanas kritēriji nosaka, ka 2 slāpekļa atomi ieņem 1. un 3. pozīciju, bet 4 oglekļa atomi atrodas 2., 4., 5. un 6. pozīcijā.
Savukārt purīniem skaitliskie piešķiršanas kritēriji nosaka, ka 4 slāpekļa atomi ieņem 1., 3., 7. un 9. pozīciju, bet 5 oglekļa atomi atrodas 2., 4., 5., 6. un 8. pozīcijā.
Novietojums nukleotīdos
Nukleotīda slāpekļa bāze vienmēr savienojas ar oglekli atbilstošās pentozes 1. pozīcijā, izmantojot kovalentās N-glikozīdu saites.
It īpaši,
- The slāpekļa bāzes, kas iegūtas no pirimidīna caur slāpekli 1. pozīcijā tie veido N-glikozīdisko saiti;
- Kamēr slāpekļa bāzes, kas iegūtas no purīna caur slāpekli 9. pozīcijā tie veido N-glikozīdisko saiti.
Nukleotīdu ķīmiskajā struktūrā pentoze ir centrālais elements, pie kura saistās slāpekļa bāze un fosfātu grupa.
Ķīmiskā saite, kas savieno fosfātu grupu ar pentozi, ir fosfodiestera tipa un ietver fosfātu grupas skābekli un oglekli pentozes pozīcijā.
KAD slāpekļa bāzes veido nukleozīdu?
Slāpekļa bāzes un pentozes kombinācija veido organisku molekulu, kuras nosaukums ir nukleozīds.
Līdz ar to fosfātu grupas pievienošana maina nukleozīdus par nukleotīdiem.
Turklāt saskaņā ar konkrētu nukleotīdu definīciju šie organiskie savienojumi būtu "nukleozīdi, kuriem ir viena vai vairākas fosfātu grupas, kas saistītas ar pentozes sastāvdaļu 5".
Organizācija DNS
DNS jeb dezoksiribonukleīnskābe ir liela bioloģiska molekula, kas sastāv no diviem ļoti gariem nukleotīdu pavedieniem (vai polinukleotīdu pavedieniem).
Šiem polinukleotīdu pavedieniem ir dažas īpašības, kuras ir vērts īpaši pieminēt, jo tās arī cieši ietekmē slāpekļa bāzes:
- Viņi ir vienoti viens ar otru.
- Tie ir orientēti pretējos virzienos ("antiparalēli pavedieni").
- Viņi aptin viens otru, it kā tās būtu divas spirāles.
- Nukleotīdiem, kas tos veido, ir tāds izkārtojums, ka slāpekļa bāzes ir vērstas uz katras spirāles centrālo asi, bet pentozes un fosfātu grupas veido pēdējās ārējās sastatnes.
Nukleotīdu vienskaitļa izkārtojums liek katrai slāpekļa bāzei vienā no diviem polinukleotīdu pavedieniem caur ūdeņraža saitēm pievienoties slāpekļa bāzei, kas atrodas otrā kvēldiegā. Tādējādi šī savienība rada bāzu pāri, savienojot pārus ar bioloģiskajiem un ģenētiķiem sauc to par pāra veidošanu vai bāzes pāri.
Poc "patiešām ir apstiprināts, ka abi pavedieni ir savienoti kopā: lai noteiktu savienību, ir saites, kas pastāv starp divu polinukleotīdu pavedienu dažādām slāpekļa bāzēm.
SLĒPEKĻA BĀZU PAPILDINĀŠANAS JOMA
Pētot DNS struktūru, pētnieki atklāja, ka savienojums starp slāpekļa bāzēm ir ļoti specifisks. Faktiski viņi pamanīja, ka adenīns saistās tikai ar timīnu, bet citozīns - tikai ar guanīnu.
Ņemot vērā šo atklājumu, viņi izdomāja terminu “komplementaritāte starp slāpekļa bāzēm”, lai norādītu viennozīmīgo saiti starp adenīnu ar timīnu un citozīnu ar guanīnu.
Papildinošā pāra identificēšana starp slāpekļa bāzēm pārstāvēja atslēgas akmeni, lai izskaidrotu DNS fiziskos izmērus un īpašo stabilitāti, ko bauda divi polinukleotīdu pavedieni.
Amerikāņu biologs Džeimss Vatsons un angļu biologs Frensiss Kriks 1953. gadā sniedza izšķirošu ieguldījumu DNS struktūras atklāšanā (sākot no "divu polinukleotīdu virkņu spirālveida uztīšanas" līdz savstarpēji savienojošu slāpekļa bāzu savienošanai).
Izstrādājot tā saukto "dubultās spirāles modeli", Vatsonam un Krikam bija "neticama intuīcija, kas pārstāvēja laikmetīgu pavērsienu molekulārās bioloģijas un ģenētikas jomā.
Faktiski DNS precīzās struktūras atklāšana ļāva izpētīt un izprast bioloģiskos procesus, kas saistīti ar dezoksiribonukleīnskābi: no RNS replikācijas vai veidošanās līdz proteīnu ģenerēšanai.
OBLIGĀCIJAS, KAS KOPĀ SASAIST SLĒPEKĻA BĀZES
Lai apvienotu divas slāpekļa bāzes DNS molekulā, veidojot komplementārus pārus, ir virkne ķīmisko saišu, kas pazīstamas kā ūdeņraža saites.
Adenīns un timīns mijiedarbojas viens ar otru, izmantojot divas ūdeņraža saites, bet guanīns un citozīns - ar trim ūdeņraža saitēm.
CIK PĀRI SLĒPEKĻA BĀZES SATUR CILVĒKA DNS MOLEKULU?
Vispārējā cilvēka DNS molekula satur aptuveni 3,3 miljardus slāpekļa bāzes pāru, kas ir aptuveni 3,3 miljardi nukleotīdu vienā virknē.
Attēls: ķīmiskā mijiedarbība starp adenīnu un timīnu, kā arī starp guanīnu un citozīnu. Lasītājs var atzīmēt ūdeņraža saišu stāvokli un skaitu, kas satur kopā divu polinukleotīdu virkņu slāpekļa bāzes.
Organizācija RNS
Atšķirībā no DNS, RNS vai ribonukleīnskābe ir nukleīnskābe, kas parasti sastāv no vienas nukleotīdu virknes.
Tāpēc slāpekļa bāzes, kas to veido, ir "nepāra".
Tomēr jāatzīmē, ka papildu slāpekļa bāzes virknes trūkums neizslēdz iespēju, ka RNS slāpekļa bāzes var savienoties pārī kā DNS.
Citiem vārdiem sakot, vienas RNS virknes slāpekļa bāzes var savienoties pārī saskaņā ar slāpekļa bāzu papildināmības likumiem, tāpat kā DNS slāpekļa bāzes.
Komplementāra pāra savienošana starp divu atšķirīgu RNS molekulu slāpekļa bāzēm ir svarīgā proteīnu sintēzes (vai proteīnu sintēzes) procesa pamatā.
URACILE NOMA TIMINA
"RNS" uracils aizstāj DNS timīnu ne tikai struktūrā, bet arī papildinošajā pārī: patiesībā tieši slāpekļa bāze īpaši saistās ar adenīnu, kad funkcionāli parādās divas atšķirīgas RNS molekulas iemeslu dēļ.
Bioloģiskā loma
Gēnu ekspresija ir atkarīga no DNS nukleotīdiem pievienoto slāpekļa bāzu secības. Gēni ir vairāk vai mazāk gari DNS segmenti (tātad nukleotīdu segmenti), kas satur olbaltumvielu sintēzei nepieciešamo informāciju. Sastāv no aminoskābēm, Olbaltumvielas tās ir bioloģiskas makromolekulas, kurām ir būtiska loma organisma šūnu mehānismu regulēšanā.
Dotā gēna slāpekļa bāzes secība nosaka saistītā proteīna aminoskābju secību.
