Οι αζωτούχες βάσεις πώς συνδυάζουν, ταξινομούν και λειτουργούν

Το αζωτούχων βάσεων είναι οργανικές ενώσεις ετεροκυκλικής μορφής, πλούσιες σε άζωτο. Είναι μέρος των δομικών ομάδων νουκλεϊνικών οξέων και άλλων μορίων βιολογικού ενδιαφέροντος, όπως νουκλεοζίτες, δινουκλεοτίδια και ενδοκυτταρικοί αγγελιοφόροι. Με άλλα λόγια, οι αζωτούχες βάσεις είναι ένα μέρος των μονάδων που σχηματίζουν τα νουκλεϊκά οξέα (RNA και DNA) και τα άλλα αναφερόμενα μόρια.

Υπάρχουν δύο κύριες ομάδες αζωτούχων βάσεων: βάσεις πουρίνης ή πουρίνες και βάσεις πυριμιδίνης ή πυριμιδίνες. Η πρώτη ομάδα περιλαμβάνει αδενίνη και γουανίνη, ενώ η θυμίνη, η κυτοσίνη και η ουρακίλη είναι βάσεις πυριμιδίνης. Γενικά, αυτές οι βάσεις σημειώνονται με το πρώτο τους γράμμα: Α, G, T, C και U.

Τα μπλοκ DNA είναι Α, G, Τ και C. Σε αυτή τη σειρά βάσεων κωδικοποιούνται όλες οι απαραίτητες πληροφορίες για την κατασκευή και ανάπτυξη ενός ζωντανού οργανισμού. Στο RNA, τα στοιχεία είναι τα ίδια, μόνο ότι το Τ αντικαθίσταται από το U.

Ευρετήριο

• 1 Δομή και ταξινόμηση
  • 1.1 Δακτύλιος πυριμιδινών
  • 1.2 δακτύλιο πουρίνης
• 2 Ιδιότητες των αζωτούχων βάσεων
  • 2.1 Αρωματικότητα
  • 2.2 Απορρόφηση υπεριώδους φωτός
  • 2.3 Διαλυτότητα στο νερό
• 3 Αζωτούχες βάσεις βιολογικού ενδιαφέροντος
• 4 Πώς συνδυάζονται?
  • 4.1 Κανόνας Chargaff
• 5 Λειτουργίες
  • 5.1 Δομικά στοιχεία νουκλεϊνικών οξέων
  • 5.2 Δομικά στοιχεία των τριφωσφορικών νουκλεοσιδίων
  • 5.3 Autacoid
  • 5.4 Δομικά στοιχεία των κανονιστικών στοιχείων
  • 5.5 Δομικά στοιχεία των συνενζύμων
• 6 Αναφορές

Δομή και ταξινόμηση

Οι αζωτούχες βάσεις είναι επίπεδα μόρια, αρωματικού και ετεροκυκλικού τύπου, τα οποία γενικά προέρχονται από πουρίνες ή πυριμιδίνες..

Δακτύλιος πυριμιδινών

Ο δακτύλιος των πυριμιδινών είναι ετεροκυκλικοί αρωματικοί δακτύλιοι με έξι μέλη και δύο άτομα αζώτου. Τα άτομα αριθμούνται ακολουθώντας τη φορά των δεικτών του ρολογιού.

Δακτύλιο πουρίνης

δακτύλιος πουρίνης αποτελείται από ένα σύστημα δύο δακτυλίων, ο ένας δακτύλιος είναι δομικά όμοια με πυριμιδίνες και άλλα παρόμοια δακτύλιο ιμιδαζολίου. Αυτά τα εννέα άτομα συντήκονται σε ένα μόνο δακτύλιο.

Ο δακτύλιος των πυριμιδινών είναι ένα επίπεδο σύστημα, ενώ τα πουρίνες αποκλίνουν λίγο από αυτό το μοτίβο. Έχει αναφερθεί ελαφρά πτυχή ή ρυτίδωση μεταξύ του δακτυλίου ιμιδαζόλης και του δακτυλίου πυριμιδίνης..

Ιδιότητες των αζωτούχων βάσεων

Αρωματικότητα

Στη οργανική χημεία, α αρωματικό δακτύλιο ορίζεται ως ένα μόριο του οποίου τα ηλεκτρόνια των διπλών δεσμών έχουν ελεύθερη κυκλοφορία εντός της κυκλικής δομής. Η κινητικότητα των ηλεκτρονίων μέσα στο δακτύλιο δίνει σταθερότητα στο μόριο - αν τη συγκρίνουμε με το ίδιο μόριο - αλλά με τα ηλεκτρόνια που έχουν σταθεροποιηθεί στους διπλούς δεσμούς.

Η αρωματική φύση αυτού του δακτυλιοειδούς συστήματος τους δίνει τη δυνατότητα να βιώσουν ένα φαινόμενο που ονομάζεται κετο-ενολική ταυτομερία.

Δηλαδή, οι πουρίνες και οι πυριμιδίνες υπάρχουν σε ταυτομερή ζεύγη. Τα κετο-ταυτομερή κυριαρχούν σε ουδέτερο ρΗ για τις βάσεις ουρακίλης, θυμίνης και γουανίνης. Αντιθέτως, η μορφή ενόλης είναι κυρίαρχη για την κυτοσίνη, σε ουδέτερο ρΗ. Αυτή η πτυχή είναι θεμελιώδης για το σχηματισμό γεφυρών υδρογόνου μεταξύ των βάσεων.

Απορρόφηση υπεριώδους φωτός

Μια άλλη ιδιότητα των πουρινών και των πυριμιδινών είναι η ικανότητά τους να απορροφούν ισχυρά υπεριώδη ακτινοβολία (υπεριώδες φως). Αυτό το σχέδιο απορρόφησης είναι άμεση συνέπεια της αρωματικότητας των ετεροκυκλικών δακτυλίων του.

Το φάσμα απορρόφησης έχει ένα μέγιστο κοντά στα 260 nm. Οι ερευνητές χρησιμοποιούν αυτό το πρότυπο για να ποσοτικοποιήσουν την ποσότητα του DNA στα δείγματα τους.

Διαλυτότητα στο νερό

Χάρη στον έντονο αρωματικό χαρακτήρα των αζωτούχων βάσεων, αυτά τα μόρια είναι πρακτικά αδιάλυτα στο νερό.

Αζωτούχες βάσεις βιολογικού ενδιαφέροντος

Αν και υπάρχει ένας μεγάλος αριθμός αζωτούχων βάσεων, βρίσκουμε μόνο μερικές φυσικά στο κυτταρικό περιβάλλον ζωντανών οργανισμών.

Οι πιο κοινές πυριμιδίνες είναι η κυτοσίνη, η ουρακίλη και η θυμίνη (5-μεθυλουρακίλη). Κυτοσίνη και θυμίνη είναι πυριμιδίνες που τυπικά βρίσκονται σε διπλής έλικας του DNA, ενώ κυτοσίνη και ουρακίλη είναι κοινά σε RNA. Σημειώστε ότι η μόνη διαφορά μεταξύ ουρακίλης και θυμίνης είναι μια ομάδα μεθυλίου σε άνθρακα 5.

Ομοίως, οι πιο κοινές πουρίνες είναι αδενίνη (6-αμινο πουρίνη) και γουανίνη (2-αμινο-6-οξυ πουρίνη). Αυτές οι ενώσεις είναι άφθονες και στα μόρια ϋΝΑ και RNA.

Υπάρχουν άλλα παράγωγα πουρινών που βρίσκουμε φυσιολογικά στο κύτταρο, μεταξύ των οποίων η ξανθίνη, η υποξανθίνη και το ουρικό οξύ. Τα πρώτα δύο μπορούν να βρεθούν σε νουκλεϊνικά οξέα, αλλά με πολύ σπάνιο και ακριβή τρόπο. Αντίθετα, το ουρικό οξύ δεν βρίσκεται ποτέ ως δομικό συστατικό αυτών των βιομορίων.

Πώς μοιάζουν?

Η δομή του DNA διασαφηνίστηκε από τους ερευνητές Watson και Crick. Χάρη στη μελέτη του, ήταν δυνατόν να συμπεράνουμε ότι το DNA είναι διπλή έλικα. Αποτελείται από μια μακρά αλυσίδα νουκλεοτιδίων που συνδέονται με φωσφοδιεστερικές δεσμούς, όπου η φωσφορική ομάδα σχηματίζει μία γέφυρα μεταξύ των υδροξυλομάδων (-ΟΗ) των υπολειμμάτων σακχάρου.

Η δομή που μόλις περιγράψαμε μοιάζει με σκάλα μαζί με την αντίστοιχη χειρολαβή. Οι αζωτούχες βάσεις είναι ανάλογα με τις σκάλες, οι οποίες ομαδοποιούνται στη διπλή έλικα με τη βοήθεια γεφυρών υδρογόνου.

Σε μια γέφυρα υδρογόνου, δύο ηλεκτροαρνητικά άτομα μοιράζονται ένα πρωτόνιο μεταξύ των βάσεων. Για τον σχηματισμό μιας γέφυρας υδρογόνου είναι απαραίτητη η συμμετοχή ενός ατόμου υδρογόνου με ένα ελαφρώς θετικό φορτίο και ένας δέκτης με ένα μικρό αρνητικό φορτίο.

Η γέφυρα σχηματίζεται μεταξύ ενός Η και ενός Ο. Οι σύνδεσμοι αυτοί είναι αδύναμοι και πρέπει να είναι, αφού το DNA πρέπει να ανοίξει εύκολα για να αναπαραχθεί.

Ο κανόνας του Chargaff

Τα ζεύγη βάσης σχηματίζουν τους δεσμούς υδρογόνου ακολουθώντας το ακόλουθο μοντέλο ζευγαρώματος πουρίνης-πυριμιδίνης γνωστό ως κανόνα του Chargaff: ζεύγη γουανίνης με κυτοσίνη και αδενίνη με θυμίνη.

Το ζεύγος GC σχηματίζει μαζί τρία άτομα υδρογόνου, ενώ το ζεύγος ΑΤ συνδέεται μόνο με δύο γέφυρες. Έτσι, μπορούμε να προβλέψουμε ότι ένα DNA με υψηλότερο περιεχόμενο GC θα είναι πιο σταθερό.

Κάθε μία από τις αλυσίδες (ή οι χειρολισθήρες στην αναλογία μας), τρέχει σε αντίθετες κατευθύνσεις: ένα 5 '→ 3' και το άλλο 3 '→ 5'.

Λειτουργίες

Δομικά στοιχεία νουκλεϊνικών οξέων

Τα οργανικά όντα παρουσιάζουν έναν τύπο βιομορίων που ονομάζονται νουκλεϊνικά οξέα. Αυτά είναι πολυμερή μεγάλου μεγέθους που σχηματίζονται από επαναλαμβανόμενα μονομερή: τα νουκλεοτίδια, ενωμένα με τη βοήθεια ενός ειδικού τύπου δεσμού, που ονομάζεται φωσφοδιεστερικός δεσμός. Κατατάσσονται σε δύο βασικούς τύπους, DNA και RNA.

Κάθε νουκλεοτίδιο αποτελείται από μια φωσφορική ομάδα, ένα σάκχαρο (τύπος δεοξυριβόζη στο DNA και ριβόζη στο RNA), και ένα από τα πέντε νουκλεοβάσεων Α, Τ, G, C και U. Όταν η φωσφορική ομάδα δεν είναι παρούσα , το μόριο ονομάζεται νουκλεοσίδιο.

Στο DNA

Το DNA είναι το γενετικό υλικό των ζώντων όντων (με εξαίρεση κάποιους ιούς που χρησιμοποιούν κυρίως RNA). Χρησιμοποιώντας τον κώδικα των 4 βάσεων, το DNA έχει την ακολουθία για όλες τις πρωτεΐνες που υπάρχουν στους οργανισμούς, εκτός από τα στοιχεία που ρυθμίζουν την έκφραση του ίδιου.

Η δομή του DNA πρέπει να είναι σταθερή, αφού οι οργανισμοί το χρησιμοποιούν για να κωδικοποιήσουν τις πληροφορίες. Ωστόσο, είναι ένα μόριο επιρρεπές στις αλλαγές, που ονομάζονται μεταλλάξεις. Αυτές οι αλλαγές στο γενετικό υλικό είναι το βασικό υλικό για την εξελικτική αλλαγή.

Στο RNA

Όπως το DNA, το RNA είναι ένα πολυμερές νουκλεοτιδίων, με την εξαίρεση ότι η βάση Τ αντικαθίσταται από το U. Αυτό το μόριο έχει τη μορφή μιας απλής ζώνης και εκπληρώνει ένα ευρύ φάσμα βιολογικών λειτουργιών.

Στο κελί, υπάρχουν τρία κύρια RNAs. Το Messenger RNA είναι ένας ενδιάμεσος μεταξύ του σχηματισμού DNA και πρωτεΐνης. Είναι υπεύθυνος για την αντιγραφή των πληροφοριών στο DNA και τη μεταφορά τους στο μηχανισμό μετάφρασης πρωτεϊνών. Το ριβοσωμικό RNA, ένας δεύτερος τύπος, αποτελεί ένα δομικό μέρος αυτού του πολύπλοκου μηχανισμού.

Ο τρίτος τύπος, ή το RNA μεταφοράς, είναι υπεύθυνος για τη μεταφορά των καταλοίπων αμινοξέων κατάλληλων για τη σύνθεση πρωτεϊνών.

Εκτός από το «παραδοσιακό» RNA τρεις, μια σειρά μικρών RNA που εμπλέκονται στη ρύθμιση της γονιδιακής έκφρασης, όπως σε ένα κύτταρο δεν μπορεί με συνέπεια να εκφράσει και στον ίδιο βαθμό όλα τα κωδικοποιημένα γονίδια DNA.

Είναι απαραίτητο οι οργανισμοί να έχουν τρόπους ρύθμισης των γονιδίων τους, δηλαδή να αποφασίζουν εάν εκφράζονται ή όχι. Ανάλογα, το γενετικό υλικό αποτελείται μόνο από ένα λεξικό ισπανικών λέξεων και ο μηχανισμός ρύθμισης επιτρέπει τη διαμόρφωση ενός λογοτεχνικού έργου.

Δομικά τμήματα των τριφωσφορικών νουκλεοσιδίων

Οι αζωτούχες βάσεις είναι μέρος των τριφωσφορικών νουκλεοσιδίων, ένα μόριο το οποίο, όπως το DNA και το RNA, είναι βιολογικού ενδιαφέροντος. Εκτός από τη βάση, αποτελείται από μια πεντόζη και τρεις φωσφορικές ομάδες συνδεδεμένες μεταξύ τους με δεσμούς υψηλής ενέργειας..

Χάρη σε αυτές τις συνδέσεις, νουκλεοσιδίου τριφωσφορικά είναι πλούσια σε ενέργεια μόρια και είναι το κύριο προϊόν των μεταβολικών οδών που επιδιώκουν την απελευθέρωση της ενέργειας. Μεταξύ των πιο χρησιμοποιημένων είναι το ATP.

Το ΑΤΡ ή η τριφωσφορική αδενοσίνη αποτελείται από την βάση αζωτούχου αδενίνης, συνδεδεμένη με τον άνθρακα που βρίσκεται στη θέση 1 ενός σακχάρου τύπου ρεντόζης: ριβόζης. Στη θέση πέντε αυτού του υδατάνθρακα, οι τρεις φωσφορικές ομάδες συνδέονται.

Γενικά, το ATP είναι το ενεργειακό νόμισμα του κυττάρου, καθώς μπορεί να χρησιμοποιηθεί και να αναγεννηθεί γρήγορα. Πολλές μεταβολικές οδούς που είναι κοινές μεταξύ των οργανικών όντων χρησιμοποιούν και παράγουν ΑΤΡ.

Η "ισχύς" της βασίζεται στους δεσμούς υψηλής ενέργειας, που σχηματίζονται από φωσφορικές ομάδες. Οι αρνητικές επιβαρύνσεις αυτών των ομάδων βρίσκονται σε συνεχή απόρριψη. Υπάρχουν και άλλες αιτίες που προδιαθέτουν την υδρόλυση στο ΑΤΡ, συμπεριλαμβανομένης της σταθεροποίησης με συντονισμό και διαλυτοποίηση..

Autacoid

Αν και οι περισσότεροι νουκλεοζίτες στερούνται σημαντικής βιολογικής δραστηριότητας, η αδενοσίνη είναι μια σημαντική εξαίρεση στα θηλαστικά. Αυτό λειτουργεί ως αυτοκίνητο, ανάλογο με μια "τοπική ορμόνη" και ως νευροδιαμορφωτής.

Αυτός ο νουκλεοζίτης κυκλοφορεί ελεύθερα διαμέσου της κυκλοφορίας του αίματος και την τοπική δράση, με διαφορετικές επιπτώσεις στην διαστολή των αιμοφόρων αγγείων, λείο μυϊκές συσπάσεις, νευρωνική απορρίψεις, την απελευθέρωση νευροδιαβιβαστών και το μεταβολισμό των λιπών. Επίσης σχετίζεται με τη ρύθμιση του καρδιακού ρυθμού.

Αυτό το μόριο εμπλέκεται επίσης στη ρύθμιση των μορφών ύπνου. Η συγκέντρωση της αδενοσίνης αυξάνει και προωθεί την κόπωση. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η καφεΐνη βοηθάει να μας κρατήσει ξύπνιους: εμποδίζει τις νευρωνικές αλληλεπιδράσεις με την εξωκυτταρική αδενοσίνη.

Δομικά στοιχεία ρυθμιστικών στοιχείων

Μια σημαντική ποσότητα μεταβολικών οδών που είναι κοινές στα κύτταρα έχουν ρυθμιστικούς μηχανισμούς που βασίζονται στα επίπεδα των ΑΤΡ, ΑϋΡ και ΑΜΡ. Etas δύο τελευταία μόρια έχουν την ίδια δομή του ΑΤΡ, αλλά έχουν χάσει μία και δύο φωσφορικές ομάδες, αντίστοιχα.

Όπως αναφέρθηκε στην προηγούμενη ενότητα, το ΑΤΡ είναι ένα ασταθές μόριο. Το κύτταρο πρέπει να παράγει μόνο ATP όταν το χρειάζεται, αφού πρέπει να το χρησιμοποιήσει γρήγορα. ίδια ΑΤΡ είναι επίσης ένα στοιχείο που ρυθμίζει μεταβολικές οδούς, όπως η παρουσία του υποδεικνύει ότι το κύτταρο δεν θα πρέπει να παράγει περισσότερο ΑΤΡ.

Αντίθετα, τα υδρολυμένα παράγωγά του (AMP), προειδοποιούν το κύτταρο ότι το ATP εξαντλείται και πρέπει να παράγει περισσότερα. Έτσι, το AMP ενεργοποιεί τις μεταβολικές οδούς παραγωγής ενέργειας, όπως η γλυκόλυση.

Ομοίως, πολλές ενδείξεις ορμονικές τύπου (όπως εμπλέκονται στο μεταβολισμό του γλυκογόνου) διαμεσολαβούμενη ενδοκυτταρικά μόρια cAMP (κυκλική είναι το γ) ή μια παρόμοια παραλλαγή αλλά γουανίνη στη δομή της: cGMP.

Δομικά τμήματα συνενζύμων

Σε πολλαπλά στάδια μεταβολικών οδών, τα ένζυμα δεν μπορούν να ενεργήσουν μόνοι τους. Χρειάζονται επιπλέον μόρια για να μπορέσουν να εκπληρώσουν τις λειτουργίες τους. αυτά τα στοιχεία ονομάζονται συνένζυμα ή συν-υποστρώματα, με τον τελευταίο όρο να είναι καταλληλότερος, εφόσον τα συνένζυμα δεν είναι καταλυτικά δραστικά.

Στις καταλυτικές αυτές αντιδράσεις, υπάρχει ανάγκη μεταφοράς των ηλεκτρονίων ή της ομάδας ατόμων σε άλλο υπόστρωμα. Τα βοηθητικά μόρια που συμμετέχουν σε αυτό το φαινόμενο είναι τα συνένζυμα.

Οι αζωτούχες βάσεις είναι δομικά στοιχεία των εν λόγω συνπαραγόντων. Μεταξύ των πλέον αναγνωρισμένων είναι τα νουκλεοτίδια πυριμιδίνης (NAD)⁺, NADP⁺), FMN, FAD και το συνένζυμο Α Αυτές εμπλέκονται σε σημαντικές μεταβολικές οδούς όπως γλυκόλυση, κύκλος του Krebs, φωτοσύνθεση, κ.λπ..

Για παράδειγμα, αυτά τα νουκλεοτίδια πυριμιδίνες είναι πολύ σημαντικά συνένζυμα ένζυμα αφυδρογονάσης δραστηριότητα, και να παρέχουν μεταφορά υδριδίου ιόντων.

Αναφορές

1. Alberts, Β, Bray, D., Hopkin, Κ, Johnson, Α D., Lewis, J., Raff, Μ, ... & Walter, Ρ (2013). Βασική βιολογία των κυττάρων. Garland Science.
2. Cooper, G. Μ., & Hausman, R. Ε. (2007). Το κελί: μια μοριακή προσέγγιση. Ουάσιγκτον, DC, Σάντερλαντ, ΜΑ.
3. Griffiths, Α. (2002). Σύγχρονη γενετική ανάλυση: ενσωμάτωση γονιδίων και γονιδιωμάτων. Macmillan.
4. Griffiths, Α J., Wessler, S. R., Lewontin, R.C., Gelbart, W. Μ, Suzuki, Τ D., & Miller, J. Η (2005). Εισαγωγή στη γενετική ανάλυση. Macmillan.
5. Koolman, J., & Röhm, Κ. Η. (2005). Βιοχημεία: κείμενο και άτλας. Ed. Panamericana Medical.
6. Passarge, Ε. (2009). Γενετικό κείμενο και άτλας. Ed. Panamericana Medical.