Загальність
Основи азоту - це ароматичні гетероциклічні органічні сполуки, що містять атоми азоту, які беруть участь у побудові нуклеотидів.
Плоди об’єднання азотистої основи, пентози (тобто цукру з 5 атомами вуглецю) і фосфатної групи, нуклеотиди - це молекулярні одиниці, які складають ДНК і РНК нуклеїнових кислот.
У ДНК азотистими основами є: аденін, гуанін, цитозин та тимін; у "РНК" вони однакові, за винятком тиміну, замість якого с " - азотиста основа, звана урацилом.
На відміну від РНК, азотисті основи ДНК утворюють спарювання або пари основ.Присутність такого спарювання можлива, оскільки ДНК має дволанцюгову структуру нуклеотидів.
Експресія гена залежить від послідовності азотистих основ, приєднаних до нуклеотидів ДНК.
Що таке азотисті основи?
Основи азоту - це органічні молекули, що містять азот, які беруть участь у побудові нуклеотидів.
Нуклеотиди, утворені кожним із азотистої основи, 5-вуглецевого цукру (пентози) та фосфатної групи, є молекулярними одиницями, які складають ДНК та РНК нуклеїнових кислот.
ДНК і РНК нуклеїнових кислот - біологічні макромолекули, від яких залежить розвиток і правильне функціонування клітин живої істоти.
Азотні основи нуклеїнових кислот
Азотистими основами, що входять до складу нуклеїнових кислот ДНК та РНК, є: аденін, гуанін, цитозин, тимін та урацил.
Аденин, гуанін і цитозин є загальними для обох нуклеїнових кислот, тобто вони є частиною як нуклеотидів ДНК, так і нуклеотидів РНК. Тимін є ексклюзивним для ДНК, а урацил - виключно для РНК.
Отже, коротко підсумовуючи, що азотисті основи, які утворюють нуклеїнову кислоту (будь то ДНК або РНК), належать до 4 різних типів.
Скорочення азотних основ
Хіміки та біологи вважають за доцільне скоротити назви азотистих основ однією буквою алфавіту. Таким чином, вони спростили та пришвидшили представлення та опис нуклеїнових кислот у текстах.
L "аденин збігається з великою літерою A; гуанін з великої літери G; цитозин з великої літери C; тимін з великої літери T; нарешті, l" урацил з великої літери U.
Класи та структура
Існує два класи азотистих основ: клас азотистих основ, які походять з піримідину, і клас азотистих основ, що походять з пурину.
Малюнок: загальна хімічна структура піримідину та пурину.
Азотисті основи, що походять від піримідину, також відомі під альтернативними назвами: піримідинові або піримідинові азотисті основи; тоді як азотисті основи, які походять від пурину, також відомі з альтернативними термінами: пурин або пуринові азотисті основи.
Цитозин, тимін та урацил належать до класу азотистих основ піримідину; аденин і гуанін, навпаки, складають клас пуринових азотистих основ.
Приклади похідних пурину, крім азотистих основ ДНК і РНК
Серед похідних пурину є також органічні сполуки, які не є азотистими основами ДНК і РНК. Наприклад, такі сполуки, як кофеїн, ксантин, гіпоксантин, теобромін та сечова кислота, належать до вищезазначеної категорії.
ЯКІ ОСНОВИ АЗОТУ З ХІМІЧНОЇ ПУНКТУ ПОРАЗУ?
Органічні хіміки визначають азотисті основи та всі похідні пурину та піримідину як ароматичні гетероциклічні сполуки.
- Гетероциклічна сполука - це органічна кільцева (або циклічна) сполука, яка у вищезгаданому кільці має один або більше атомів, крім вуглецю. У випадку пуринів і піримідинів атомами азоту є інші атоми, крім вуглецю.
- Ароматична сполука - це органічна кільцева сполука, що має структурні та функціональні характеристики, подібні до властивостей бензолу.
СТРУКТУРА
Малюнок: хімічна структура бензолу.
Хімічна структура азотистих основ, отриманих з піримідину, складається переважно з одного кільця з 6 атомами, 4 з яких - вуглець, а 2 - з азоту.
Фактично, азотна основа піримідину - це піримідин з одним або кількома замісниками (тобто одним атомом або групою атомів), зв’язаними з одним з атомів вуглецю кільця.
З іншого боку, хімічна структура азотистих основ, отриманих з пурину, складається переважно з подвійного кільця з 9 загальними атомами, 5 з яких - вуглець, а 4 - азот. Вищезгадане подвійне кільце з 9 загальними атомами походить від злиття піридимінінового кільця (тобто піримідинового кільця) з імідазольним кільцем (тобто імідазольним кільцем, іншою гетероциклічною органічною сполукою).
Малюнок: структура імідазолу.
Як відомо, піримідинове кільце містить 6 атомів; в той час як кільце імідазолу містить 5. При злитті два кільця об’єднують по два атоми вуглецю кожен, і це пояснює, чому кінцева структура містить, зокрема, 9 атомів.
ПОЛОЖЕННЯ АТОМІВ АЗОТУ В ПУРИНАХ І ПІРІМІДИНАХ
Щоб спростити вивчення та опис органічних молекул, хіміки -органіки думали присвоїти ідентифікаційний номер вуглецю та всім іншим атомам опорних структур. Нумерація завжди починається з 1, базується на дуже конкретних критеріях призначення (які тут краще залишити поза увагою) і служить для встановлення положення кожного атома в молекулі.
Для піримідинів критерії числового розподілу встановлюють, що 2 атоми азоту займають положення 1 і положення 3, тоді як 4 атоми вуглецю знаходяться в положеннях 2, 4, 5 і 6.
Для пуринів, з іншого боку, числові критерії розподілу встановлюють, що 4 атоми азоту займають положення 1, 3, 7 і 9, тоді як 5 атомів вуглецю знаходяться в положеннях 2, 4, 5, 6 і 8.
Положення в нуклеотидах
Азотиста основа нуклеотиду завжди приєднується до вуглецю в положенні 1 відповідної пентози через ковалентний N-глікозидний зв'язок.
Зокрема,
- The азотисті основи, що походять від піримідину вони утворюють N-глікозидний зв’язок через свій азот у положенні 1;
- У той час як азотисті основи, що походять від пурину вони утворюють N-глікозидний зв’язок через свій азот у положенні 9.
У хімічній структурі нуклеотидів пентоза являє собою центральний елемент, з яким зв’язуються азотиста основа та фосфатна група.
Хімічний зв'язок, що приєднує фосфатну групу до пентози, має тип фосфодіефіру і включає кисень фосфатної групи та вуглець у положенні 5 пентози.
Коли азотисті основи утворюють нуклеозид?
Поєднання азотистої основи та пентози утворює органічну молекулу, яка отримала назву нуклеозиду.
Отже, саме додавання фосфатної групи змінює нуклеозиди на нуклеотиди.
Крім того, згідно з певним визначенням нуклеотидів, ці органічні сполуки були б "нуклеозидами, які мають одну або кілька фосфатних груп, пов'язаних з вуглецем 5 складової пентози".
Організація в ДНК
ДНК або дезоксирибонуклеїнова кислота - це велика біологічна молекула, що складається з двох дуже довгих ниток нуклеотидів (або полінуклеотидних ланцюгів).
Ці полінуклеотидні нитки мають деякі характеристики, які заслуговують окремої згадки, оскільки вони також тісно впливають на азотисті основи:
- Вони об’єднані між собою.
- Вони орієнтовані в протилежних напрямках ("антипаралельні нитки").
- Вони обмотують один одного, ніби це дві спіралі.
- Складаючі їх нуклеотиди мають таке розташування, що азотисті основи орієнтовані на центральну вісь кожної спіралі, тоді як пентози та фосфатні групи утворюють зовнішні риштування останньої.
Окреме розташування нуклеотидів змушує кожну азотисту основу однієї з двох полінуклеотидних ниток приєднуватися за допомогою водневих зв'язків до азотистої основи, наявної на іншій нитці. Таким чином, цей союз створює пару основ, поєднуючи біологічних та генетичних назвемо це спарюванням або базовою парою.
Poc "Справді, було підтверджено, що дві нитки з'єднані разом: для визначення об'єднання є зв'язки, що існують між різними азотистими основами двох полінуклеотидних ниток.
ПОНЯТТЯ ДОДАТКОВОСТІ МІЖ АЗОТОВИМИ БАЗАМИ
Вивчивши структуру ДНК, дослідники виявили, що сполучення між азотистими основами є надзвичайно специфічним. Фактично вони помітили, що аденін зв’язується лише з тиміном, а цитозин - лише з гуаніном.
У світлі цього відкриття вони придумали термін «взаємодоповнюваність між азотистими основами», щоб позначити однозначну зв’язок між аденином з тиміном та цитозином з гуаніном.
Ідентифікація взаємодоповнюючого спарювання між азотистими основами стала ключовим моментом для пояснення фізичних розмірів ДНК та особливої стабільності, якою володіють дві полінуклеотидні нитки.
Американський біолог Джеймс Уотсон та англійський біолог Френсіс Крік у 1953 р. Зробили вирішальний внесок у відкриття структури ДНК (від "спіральної спіралі двох ниток полінуклеотидів" до спарювання між комплементарними азотистими основами).
Сформулювавши так звану "модель подвійної спіралі", Уотсон і Крік отримали "неймовірну інтуїцію, яка представляла епохальний переломний момент у галузі молекулярної біології та генетики.
Насправді, відкриття точної структури ДНК дозволило вивчити і зрозуміти біологічні процеси, що включають дезоксирибонуклеїнову кислоту: від того, як РНК розмножується або утворюється, до того, як вона генерує білки.
ЗВ'ЯЗКИ, ЩО ПОЯЗНЮЮТЬ ПАРИ АЗОТОВИХ ОСНОВ РАЗОМ
Щоб об'єднати дві азотисті основи в молекулі ДНК, утворюючи комплементарні пари, є ряд хімічних зв'язків, відомих як водневі зв'язки.
Аденин і тимін взаємодіють між собою за допомогою двох водневих зв'язків, тоді як гуанін і цитозин - за допомогою трьох водневих зв'язків.
Скільки пар азотних основ містить молекула ДНК людини?
Загальна молекула ДНК людини містить близько 3,3 млрд азотистих пар основ, що становить приблизно 3,3 млрд нуклеотидів на ланцюг.
Малюнок: хімічна взаємодія між аденіном та тиміном та між гуаніном та цитозином. Читач може відзначити положення та кількість водневих зв’язків, які утримують разом азотисті основи двох ниток полінуклеотиду.
Організація в РНК
На відміну від ДНК, РНК або рибонуклеїнова кислота - це нуклеїнова кислота, яка зазвичай складається з однієї нитки нуклеотидів.
Тому азотисті основи, які його складають, «неспарені».
Однак слід зазначити, що відсутність комплементарної нитки азотистої основи не виключає можливості того, що азотисті основи РНК можуть з'єднуватися, як і ДНК.
Іншими словами, азотисті основи однієї нитки РНК можуть спарюватися, згідно із законами взаємодоповнюваності між азотистими основами, так само, як азотисті основи ДНК.
Взаємодоповнення між азотистими основами двох різних молекул РНК є основою важливого процесу синтезу білка (або синтезу білка).
УРАЦИЛЬ ЗАМІНЮЄ ТІМІНУ
У "РНК" урацил замінює тимін ДНК не тільки в структурі, але і в комплементарному спарюванні: насправді це азотиста основа, яка специфічно зв'язується з аденіном, коли дві різні молекули РНК з'являються для функціональних причини.
Біологічна роль
Експресія генів залежить від послідовності азотистих основ, приєднаних до нуклеотидів ДНК. Гени - це більш -менш довгі сегменти ДНК (отже, сегменти нуклеотидів), які містять інформацію, необхідну для синтезу білків. Складаються з амінокислот, білки - це біологічні макромолекули, які відіграють фундаментальну роль у регулюванні клітинних механізмів організму.
Азотиста послідовність основ даного гена визначає амінокислотну послідовність спорідненого білка.
