Nitrogen baserer hvordan de kompis, klassifisering og funksjoner



den nitrogenholdige baser de er organiske forbindelser av heterocyklisk form, rik på nitrogen. De er en del av de strukturelle blokkene av nukleinsyrer og andre molekyler av biologisk interesse, som nukleosider, dinucleotider og intracellulære budbringere. Med andre ord er nitrogenbasene en del av enhetene som danner nukleinsyrene (RNA og DNA) og de andre nevnte molekylene.

Det er to hovedgrupper av nitrogenholdige baser: purinbaser eller puriner og pyrimidinbaser eller pyrimidiner. Den første gruppen inkluderer adenin og guanin, mens tymin, cytosin og uracil er pyrimidinbaser. Vanligvis er disse basene betegnet med deres første bokstav: A, G, T, C og U.

DNA-blokkene er A, G, T og C. I denne rekkefølgen av baser er all nødvendig informasjon for konstruksjon og utvikling av en levende organisme kodifisert. I RNA er komponentene de samme, bare at T er erstattet av U.

index

  • 1 Struktur og klassifisering
    • 1.1 Ring av pyrimidiner
    • 1.2 Purinring
  • 2 Egenskaper av nitrogenholdige baser
    • 2.1 Aromaticitet
    • 2.2 Absorpsjon av UV-lys
    • 2.3 Løselighet i vann
  • 3 Nitrogen baser av biologisk interesse
  • 4 Hvordan parres de??
    • 4.1 Chargaff-regel
  • 5 funksjoner
    • 5.1 Strukturelle blokker av nukleinsyrer
    • 5.2 Strukturelle blokker av nukleosidtrifosfater
    • 5.3 Autacoid
    • 5.4 Strukturelle blokker av regulatoriske elementer
    • 5.5 Strukturelle blokker av koenzymer
  • 6 Referanser

Struktur og klassifisering

De nitrogenholdige basene er flate molekyler, av den aromatiske og heterocykliske typen, som vanligvis er avledet fra puriner eller pyrimidiner..

Ring av pyrimidiner

Ringen av pyrimidiner er heterocykliske aromatiske ringer med seks medlemmer og to nitrogenatomer. Atomer er nummerert etter retningen med urviseren.

Purinring

Purinringen består av et to-ringsystem: den ene er strukturelt lik pyrimidinringen og en annen som ligner imidazolringen. Disse ni atomene er fusjonert i en enkelt ring.

Ringen av pyrimidiner er et flatt system, mens purinene avviker litt fra dette mønsteret. En liten krølle eller rynke er blitt rapportert mellom imidazolringen og pyrimidinringen..

Egenskaper av nitrogenholdige baser

aromatisitet

I organisk kjemi, a aromatisk ring det er definert som et molekyl hvis elektroner av dobbeltbindingene har fri sirkulasjon i den sykliske strukturen. Mobiliteten til elektronene i ringen gir stabilitet til molekylet - hvis vi sammenligner det med det samme molekylet - men med elektronene som er faste i dobbeltbindingene.

Den aromatiske naturen til dette ringsystemet gir dem muligheten til å oppleve et fenomen kalt keto-enol tautomería.

Det vil si, puriner og pyrimidiner finnes i tautomere par. Keto-tautomerer er overveiende ved nøytral pH for uracil-, tymin- og guaninbaser. I motsetning er enol-formen dominerende for cytosin, ved nøytral pH. Dette aspektet er grunnleggende for dannelsen av hydrogenbroer mellom basene.

Absorpsjon av UV-lys

En annen egenskap av puriner og pyrimidiner er deres evne til sterkt å absorbere ultrafiolett lys (UV-lys). Dette absorpsjonsmønsteret er en direkte konsekvens av aromatiteten av dens heterocykliske ringer.

Absorptionsspekteret har maksimalt nær 260 nm. Forskere bruker dette mønsteret til å kvantifisere mengden av DNA i sine prøver.

Løselighet i vann

Takket være den sterke aromatiske karakteren av nitrogenbasene, er disse molekylene praktisk talt uoppløselige i vann.

Nitrogen baser av biologisk interesse

Selv om det finnes et stort antall nitrogenholdige baser, finner vi bare noen få naturlig i cellemiljøene av levende organismer.

De vanligste pyrimidiner er cytosin, uracil og tymin (5-metyluracil). Cytosin og tymin er pyrimidiner som vi vanligvis finner i DNA-helixen, mens cytosin og uracil er vanlige i RNA. Merk at den eneste forskjellen mellom uracil og tymin er en metylgruppe på karbon 5.

Likeledes er de vanligste puriner er adenin (6-amino- purin) og guanin (2-amino-6-oksy purin). Disse forbindelsene er rikelige i både DNA- og RNA-molekylene.

Det finnes andre derivater av puriner som vi finner naturlig i cellen, blant annet xantin, hypoxantin og urinsyre. De to første kan finnes i nukleinsyrer, men på en svært kort og punktlig måte. I kontrast er urinsyre aldri funnet som en strukturell komponent i disse biomolekylene.

Hvordan parres de?

Strukturen av DNA ble belyst av forskerne Watson og Crick. Takket være studien hans, var det mulig å konkludere at DNA er en dobbel helix. Den utgjøres av en lang kjede av nukleotider forbundet med fosfodiesterbindinger, hvor fosfatgruppen danner en bro mellom hydroksylgruppene (-OH) av sukkerrester.

Strukturen som vi nettopp har beskrevet, ligner en trapp sammen med sin respektive rekkverk. De nitrogenbaserte basene er analogene til trappene, som er gruppert i doble helix ved hjelp av hydrogenbroer.

I en hydrogenbro deler to elektronegative atomer en proton mellom basene. For dannelsen av en hydrogenbro er det nødvendig med deltakelse av et hydrogenatom med en liten positiv ladning og en akseptor med en liten negativ ladning.

Broen er dannet mellom en H og en O. Disse koblingene er svake, og de må være, siden DNA må åpne lett for å replikere.

Chargaffs regel

Basepar å danne hydrogenbindinger i henhold til følgende mønster purin-pyrimidin paring kjent som Chargaff regel: guanin og cytosin par med adenin-tymin.

GC-paret danner tre hydrogenatomer sammen, mens AT-paret kun er tilkoblet av to broer. Dermed kan vi forutsi at et DNA med høyere GC-innhold vil være mer stabilt.

Hver av kjedene (eller rekkene i vår analogi) løper i motsatte retninger: en 5 '→ 3' og den andre 3 '→ 5'.

funksjoner

Strukturelle blokker av nukleinsyrer

Organiske vesener presenterer en type biomolekyler kalt nukleinsyrer. Disse er polymerer av en betydelig størrelse dannet av gjentatte monomerer: nukleotidene, forent ved hjelp av en spesiell type binding, kalt fosfodiesterbinding. De er klassifisert i to grunntyper, DNA og RNA.

Hvert nukleotid består av en fosfatgruppe, et sukker (deoksyribose type i DNA og ribose i RNA), og en av de fem nukleobaser A, T, G, C og U. Når fosfatgruppen er ikke til stede , molekylet kalles nukleosid.

I DNA

DNA er det genetiske materialet til levende vesener (med unntak av noen virus som bruker RNA hovedsakelig). Ved å bruke koden til de 4 basene har DNA sekvensen for alle proteiner som finnes i organismer, i tillegg til elementer som regulerer uttrykket for det samme.

DNA-strukturen må være stabil, siden organismer bruker den til å kode informasjon. Det er imidlertid et molekyl som er utsatt for endringer, kalt mutasjoner. Disse endringene i det genetiske materialet er det grunnleggende materialet for den evolusjonelle forandringen.

I RNA

Som DNA, RNA er en polymer av nukleotider, med det unntak at bunn T er erstattet av U. Dette molekylet er i form av en enkelt bånd og møte et bredt spekter av biologiske funksjoner.

I cellen er det tre hoved RNAer. Messenger RNA er et mellomledd mellom DNA- og proteindannelse. Han har ansvaret for å kopiere informasjonen i DNA og ta den til proteinoversettelsesmaskinen. Det ribosomale RNA, en andre type, danner en strukturell del av dette komplekse maskineri.

Den tredje typen, eller overførings-RNA, er ansvarlig for å bære aminosyrerester som er egnet for syntese av proteiner.

Foruten de tre "tradisjonelle" RNA, en serie av små RNA som er involvert i reguleringen av genekspresjon, som i en celle, kan ikke gående uttrykker og i samme grad alle kodete gener DNA-.

Det er nødvendig at organismer har måter å regulere sine gener på, det vil si om de er uttrykt eller ikke. Analogt består det genetiske materialet bare av en ordbok av ord på spansk, og reguleringsmekanismen tillater dannelsen av et litterært arbeid.

Strukturelle blokker av nukleosidtrifosfater

De nitrogenbaserte basene er en del av nukleosidtrifosfater, et molekyl som, som DNA og RNA, har biologisk interesse. I tillegg til basen består den av en pentose og tre fosfatgrupper koblet sammen ved hjelp av høy-energi-bindinger..

Takket være disse koblingene, nukleosidtrifosfater er energirike molekyler og er hovedproduktet av de metabolske baner som søker frigjøring av energi. Blant de mest brukte er ATP.

ATP adenosintrifosfat eller består av nukleobasen adenin, knyttet til lokalisert i posisjon 1 av et sukker pentosekarbon Type: ribose. I posisjon fem av dette karbohydratet er de tre fosfatgruppene koblet sammen.

Generelt er ATP cellens energivaluta, siden den kan brukes og regenereres raskt. Mange metabolske veier som er felles blant organiske vesener, bruker og produserer ATP.

Dens "kraft" er basert på høy energiobligasjoner, dannet av fosfatgrupper. De negative kostnadene for disse gruppene er i konstant frastøt. Det er andre årsaker som predisponerer hydrolyse i ATP, inkludert stabilisering ved resonans og solvasjon..

autakoid

Selv om de fleste nukleosider mangler signifikant biologisk aktivitet, er adenosin et markert unntak i pattedyr. Dette fungerer som en autakoid, analog med et "lokalt hormon" og som en neuromodulator.

Dette nukleosid fritt sirkulerer gjennom blodstrømmen og som virker lokalt, med forskjellige effekter i å utvide blodkar, glattmuskelkontraksjoner, neuronale utslipp, nevrotransmitter-frigjøring og metabolisme av fett. Det er også relatert til regulering av hjertefrekvens.

Dette molekylet er også involvert i reguleringen av søvnmønstre. Konsentrasjonen av adenosin øker og fremmer tretthet. Dette er grunnen til at koffein hjelper å holde oss våken: blokkerer nerve interaksjoner med ekstracellulære adenosin.

Strukturelle blokker av regulatoriske elementer

En betydelig mengde metabolske veier som er vanlige i celler, har reguleringsmekanismer basert på nivåene av ATP, ADP og AMP. Etas to siste molekyler har samme struktur av ATP, men har mistet henholdsvis en og to fosfatgrupper.

Som vi nevnte i forrige avsnitt, er ATP et ustabilt molekyl. Cellen må bare produsere ATP når den trenger den, siden den må bruke den raskt. ATP i seg selv er også et element som regulerer metabolske baner, siden dets tilstedeværelse angir at cellen ikke skal produsere mer ATP.

I motsetning hevder de hydrolyserte derivatene (AMP) cellen at ATP løper ut og bør produsere mer. Dermed aktiverer AMP de metabolske veier for energiproduksjon, slik som glykolyse.

Likeledes er mange tegn på hormontypen (som er involvert i metabolismen glykogen) mediert intracellulært cAMP-molekyler (cyklisk er det c) eller en tilsvarende variant men guanin i sin struktur: cGMP.

Strukturelle blokker av koenzymer

I flere trinn av metabolske veier kan enzymer ikke fungere alene. De trenger ytterligere molekyler for å kunne oppfylle sine funksjoner; disse elementene kalles koenzymer eller samsubstrater, sistnevnte termen er mer hensiktsmessig, siden koenzymer ikke er katalytisk aktive.

I disse katalytiske reaksjonene er det et behov for å overføre elektronene eller gruppen av atomer til et annet substrat. Hjelpemolekylene som deltar i dette fenomenet er koenzymer.

De nitrogenholdige basene er strukturelle elementer av nevnte koaktorer. Blant de mest anerkjente er pyrimidinukleotidene (NAD)+, NADP+), FMN, FAD og koenzym A. Disse tilknyttet viktige metabolske veier som glykolyse, Krebs syklus, fotosyntese, etc..

For eksempel kan nukleotidene de pyrimidiner er svært viktige koenzymer enzymene dehydrogenase-aktivitet, og gi transport av hydrid-ioner.

referanser

  1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, A.D., Lewis, J., Raff, M., ... & Walter, P. (2013). Nødvendig cellebiologi. Garland Science.
  2. Cooper, G. M., og Hausman, R. E. (2007). Cellen: en molekylær tilnærming. Washington, DC, Sunderland, MA.
  3. Griffiths, A.J. (2002). Moderne genetisk analyse: integrering av gener og genomer. Macmillan.
  4. Griffiths, A.J., Wessler, S.R., Lewontin, R.C., Gelbart, W.M., Suzuki, D.T. & Miller, J.H. (2005). En introduksjon til genetisk analyse. Macmillan.
  5. Koolman, J., & Röhm, K. H. (2005). Biokjemi: tekst og atlas. Ed. Panamericana Medical.
  6. Passarge, E. (2009). Genetisk tekst og atlas. Ed. Panamericana Medical.