Kvælstof baserer hvordan de mager, klassificering og funktioner

den nitrogenholdige baser de er organiske forbindelser af heterocyklisk form, rig på nitrogen. De er en del af de strukturelle blokke af nukleinsyrer og andre molekyler af biologisk interesse, såsom nukleosider, dinucleotider og intracellulære budbringere. Med andre ord er de nitrogenholdige baser en del af de enheder, der danner nucleinsyrerne (RNA og DNA) og de andre nævnte molekyler.

Der er to hovedgrupper af nitrogenholdige baser: purinbaser eller puriner og pyrimidinbaser eller pyrimidiner. Den første gruppe omfatter adenin og guanin, mens thymin, cytosin og uracil er pyrimidinbaser. Generelt betegnes disse baser med deres første bogstav: A, G, T, C og U.

DNA-blokkene er A, G, T og C. I denne rækkefølge af baser kodificeres alle nødvendige oplysninger til opførelse og udvikling af en levende organisme. I RNA'erne er komponenterne ens, kun at T er erstattet af U'en.

indeks

• 1 Struktur og klassificering
  • 1.1 Ring af pyrimidiner
  • 1.2 Purinring
• 2 Egenskaber af nitrogenholdige baser
  • 2.1 Aromaticitet
  • 2.2 Absorption af UV-lys
  • 2.3 Opløselighed i vand
• 3 Kvælstofbaser af biologisk interesse
• 4 hvordan parrer de sig?
  • 4.1 Chargaff-regel
• 5 funktioner
  • 5.1 Strukturelle blokke af nukleinsyrer
  • 5.2 Strukturelle blokke af nukleosidtrifosfaterne
  • 5.3 Autacoid
  • 5.4 Strukturelle blokke af regulatoriske elementer
  • 5.5 Strukturelle blokke af coenzymer
• 6 referencer

Struktur og klassificering

De nitrogenholdige baser er flade molekyler af den aromatiske og heterocykliske type, som generelt er afledt af puriner eller pyrimidiner..

Ring af pyrimidiner

Ringen af ​​pyrimidiner er heterocykliske aromatiske ringe med seks medlemmer og to nitrogenatomer. Atomerne er nummereret efter retningen med uret.

Purinring

Purinringen består af et to-ringsystem: den ene er strukturelt ligner pyrimidinringen og en anden som ligner imidazolringen. Disse ni atomer er fusioneret i en enkelt ring.

Ringen af ​​pyrimidinerne er et fladt system, mens purinerne afviger lidt fra dette mønster. Der er rapporteret en lille krølle eller rynke mellem imidazolringen og pyrimidinringen..

Egenskaber af nitrogenholdige baser

aromaticitet

I organisk kemi, a aromatisk ring den er defineret som et molekyle, hvis elektroner af dobbeltbindingerne har fri omsætning inden for den cykliske struktur. Mobiliteten af ​​elektronerne i ringen giver stabilitet til molekylet - hvis vi sammenligner det med det samme molekyle - men med de elektroner, der er fastgjort i dobbeltbindingerne.

Den aromatiske karakter af dette ringsystem giver dem mulighed for at opleve et fænomen kaldet keto-enol tautomería.

Det vil sige, puriner og pyrimidiner findes i tautomere par. Keto-tautomerer er dominerende ved neutral pH for uracil-, thymin- og guaninbaser. I modsætning hertil er enolformen dominerende for cytosin ved neutral pH. Dette aspekt er fundamentalt for dannelsen af ​​brintbroer mellem baserne.

Absorption af UV-lys

En anden egenskab af puriner og pyrimidiner er deres evne til stærkt at absorbere ultraviolet lys (UV-lys). Dette absorptionsmønster er en direkte konsekvens af aromaticiteten af ​​dens heterocykliske ringe.

Absorptionsspektret har et maksimum tæt på 260 nm. Forskere bruger dette mønster til at kvantificere mængden af ​​DNA i deres prøver.

Opløselighed i vand

Takket være den stærke aromatiske karakter af de nitrogenholdige baser er disse molekyler praktisk talt uopløselige i vand.

Nitrogen baser af biologisk interesse

Selv om der er et stort antal kvælstofbaserede baser, finder vi kun nogle få naturligt i de levende miljøer i levende organismer.

De mest almindelige pyrimidiner er cytosin, uracil og thymin (5-methyluracil). Cytosin og thymin er pyrimidiner typisk findes i DNA dobbelt helix, mens cytosin og uracil er almindelige i RNA. Bemærk, at den eneste forskel mellem uracil og thymin er en methylgruppe på carbon 5.

Tilsvarende er de mest almindelige puriner adenin (6-aminopurin) og guanin (2-amino-6-oxypurin). Disse forbindelser er rigelige i både DNA- og RNA-molekylerne.

Der er andre derivater af puriner, som vi finder naturligt i cellen, blandt dem xanthin, hypoxanthin og urinsyre. De to første kan findes i nukleinsyrer, men på en meget knappe og punktlig måde. I modsætning hertil er urinsyre aldrig fundet som en strukturel komponent af disse biomolekyler.

Hvordan parres de?

DNA-strukturen blev belyst af forskerne Watson og Crick. Takket være hans undersøgelse var det muligt at konkludere, at DNA er en dobbelt helix. Den udgøres af en lang kæde af nukleotider forbundet med phosphodiesterbindinger, hvor phosphatgruppen danner en bro mellem hydroxylgrupperne (-OH) af sukkerresterne.

Den struktur, som vi lige har beskrevet, ligner en trappe sammen med dens respektive håndlister. De nitrogenholdige baser er analogerne til trappen, som er grupperet i dobbelthelixen ved hjælp af brintbroer.

I en hydrogenbro deler to elektronegative atomer en proton mellem baserne. Til dannelsen af ​​en brintbro er det nødvendigt at deltage i et hydrogenatom med en lille positiv ladning og en acceptor med en lille negativ ladning.

Broen er dannet mellem en H og en O. Disse forbindelser er svage, og de skal være, da DNA'et skal åbnes let for at replikere.

Chargaffs Rule

Basepar danne hydrogenbindinger ifølge følgende mønster purin-pyrimidin parring kendt som Chargaff regel: guanin og cytosin par med adenin thymin.

GC-paret danner tre hydrogenatomer sammen, mens AT-paret kun er forbundet med to broer. Således kan vi forudse, at et DNA med højere GC-indhold vil være mere stabilt.

Hver af kæderne (eller håndlisterne i vores analogi) løber i modsatte retninger: en 5 '→ 3' og den anden 3 '→ 5'.

funktioner

Strukturelle blokke af nukleinsyrer

Økologiske væsener præsenterer en type biomolekyler kaldet nukleinsyrer. Disse er polymerer af en betydelig størrelse dannet af gentagne monomerer: nucleotiderne, forenet ved hjælp af en særlig type binding, kaldet phosphodiesterbinding. De er klassificeret i to grundtyper, DNA og RNA.

Hvert nukleotid består af en phosphatgruppe, en sukker (deoxyribose type DNA og ribose i RNA), og en af ​​de fem nucleobaser A, T, G, C og U. Når phosphatgruppen ikke er til stede , molekylet kaldes et nukleosid.

I DNA'et

DNA er det genetiske materiale af levende væsener (med undtagelse af nogle vira, der primært bruger RNA). Ved hjælp af koden for de 4 baser har DNA'en sekvensen for alle de proteiner, der findes i organismerne, foruden elementer der regulerer udtrykket af det samme.

DNA-strukturen skal være stabil, da organismer bruger den til at kode informationer. Det er imidlertid et molekyle, der er tilbøjeligt til ændringer, kaldet mutationer. Disse ændringer i det genetiske materiale er det grundlæggende materiale til den evolutionære forandring.

I RNA

Ligesom DNA, RNA er en polymer af nucleotider, med den undtagelse, at basen T er erstattet af U. Dette molekyle er i form af enkelt bånd og opfylde en lang række biologiske funktioner.

I cellen er der tre hoved RNA'er. Messenger RNA er en mellemled mellem DNA og proteindannelse. Han har ansvaret for at kopiere informationen i DNA'et og tage det til proteinoversættelsesmaskineriet. Det ribosomale RNA, en anden type, danner en strukturel del af dette komplekse maskineri.

Det tredje type eller overførings-RNA er ansvarlig for at bære aminosyreresterne egnede til syntese af proteiner.

Udover de tre "traditionelle" RNA, en række små RNA involveret i reguleringen af ​​genekspression, som i en celle kan ikke konsekvent udtrykke og i samme omfang alle kodede gener DNA.

Det er nødvendigt, at organismer har måder at regulere deres gener på, det vil sige, om de bliver udtrykt eller ej. Analogt består det genetiske materiale kun af en ordbog af ord på spansk, og reguleringsmekanismen tillader dannelsen af ​​et litterært værk.

Strukturelle blokke af nukleosidtrifosfaterne

De nitrogenholdige baser er en del af nucleosidtrifosfaterne, et molekyle, der ligesom DNA og RNA har biologisk interesse. Ud over basen består den af ​​en pentose og tre fosfatgrupper, der er forbundet sammen ved hjælp af høj-energi-bindinger..

Takket være disse bindinger er nukleosidtrifosfaterne energirige molekyler og er hovedproduktet af metaboliske veje, der søger frigivelse af energi. Blandt de mest anvendte er ATP.

ATP adenosintriphosphat eller består af nucleobasen adenin, bundet til placeret i position 1 i en sukker pentose carbontype: ribose. I position fem af dette kulhydrat er de tre phosphatgrupper bundet.

Generelt er ATP cellens energivaluta, da den kan bruges og regenereres hurtigt. Mange metaboliske veje, der er almindelige blandt økologiske væsener, bruger og producerer ATP.

Dens "kraft" er baseret på de høje energiobligationer, der dannes af fosfatgrupper. De negative ladninger af disse grupper er i konstant afstødning. Der er andre årsager, der prædisponerer hydrolyse i ATP, herunder stabilisering ved resonans og solvation..

autacoid

Selvom de fleste nukleosider mangler betydelig biologisk aktivitet, er adenosin en markant undtagelse hos pattedyr. Dette fungerer som en autocoid, analog med et "lokalt hormon" og som en neuromodulator.

Dette nukleosid cirkulerer frit i blodbanen og virker lokalt med forskellige virkninger på dilatation af blodkar, glat muskelkontraktioner, neuronale udledninger, frigivelse af neurotransmitter og metabolisering af fedtstoffer. Det er også relateret til reguleringen af ​​puls.

Dette molekyle er også involveret i reguleringen af ​​søvnmønstre. Koncentrationen af ​​adenosin øges og fremmer træthed. Dette er grunden til, at koffein hjælper med at holde os vågen: det blokerer neuronale interaktioner med ekstracellulær adenosin.

Strukturelle blokke af regulatoriske elementer

En signifikant mængde metaboliske veje, der er almindelige i celler, har reguleringsmekanismer baseret på niveauerne af ATP, ADP og AMP. Etas to sidste molekyler har den samme struktur af ATP, men har mistet henholdsvis en og to phosphatgrupper.

Som vi nævnte i det foregående afsnit er ATP et ustabilt molekyle. Cellen må kun producere ATP, når den har brug for den, da den skal bruge den hurtigt. ATP i sig selv er også et element, der regulerer metaboliske veje, da dets tilstedeværelse indikerer til cellen, at den ikke bør producere mere ATP.

I modsætning hertil advarer dets hydrolyserede derivater (AMP) cellen, at ATP'en løber ud og bør producere mere. Således aktiverer AMP de metaboliske veje for energiproduktion, såsom glycolyse.

Ligeledes medieres mange hormonlignende signaler (som dem, der er involveret i metabolisme af glycogen) intracellulært af cAMP-molekyler (c er cyklisk) eller ved en lignende variant, men med guanin i dens struktur: cGMP.

Strukturelle blokke af coenzymer

I flere trin af metaboliske veje kan enzymer ikke fungere alene. De har brug for yderligere molekyler for at kunne opfylde deres funktioner; disse elementer kaldes coenzymer eller co-substrater, sidstnævnte udtryk er mere hensigtsmæssigt, da coenzymer ikke er katalytisk aktive.

I disse katalytiske reaktioner er der et behov for at overføre elektronerne eller gruppen af ​​atomer til et andet substrat. Hjælpemolekylerne, der deltager i dette fænomen, er coenzymerne.

De nitrogenholdige baser er strukturelle elementer af nævnte cofaktorer. Blandt de mest anerkendte er pyrimidinukleotiderne (NAD)⁺, NADP⁺), FMN, FAD og coenzym A. Disse deltager i meget vigtige metaboliske veje, såsom glycolyse, Krebs-cyklen, fotosyntese, blandt andre.

For eksempel er pyrimidin-nucleotiderne meget vigtige coenzymer af enzymerne med dehydrogenaseaktivitet og er ansvarlige for transporten af ​​hydridioner.

referencer

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, A. D., Lewis, J., Raff, M., ... & Walter, P. (2013). Væsentlig cellebiologi. Garland Science.
2. Cooper, G. M., & Hausman, R. E. (2007). Cellen: en molekylær tilgang. Washington, DC, Sunderland, MA.
3. Griffiths, A.J. (2002). Moderne genetisk analyse: integrering af 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 introduktion til genetisk analyse. Macmillan.
5. Koolman, J., & Röhm, K. H. (2005). Biokemi: tekst og atlas. Ed. Panamericana Medical.
6. Passarge, E. (2009). Genetisk tekst og atlas. Ed. Panamericana Medical.