NITROGÉN BÁZISOK: BESOROLÁS ÉS FUNKCIÓK - BIOLÓGIA - 2025

A nitrogénbázisok olyan heterociklusos nitrogéntartalmú szerves vegyületek. Ezek részét képezik a nukleinsavaknak és más biológiai jelentőségű molekuláknak, mint például nukleozidok, dinukleotidok és intracelluláris hírvivők. Más szavakkal, a nitrogénbázisok azoknak az egységeknek a részét képezik, amelyek nukleinsavakat (RNS és DNS) alkotnak, valamint a többi említett molekulát.

A nitrogénbázisok két fő csoportja van: purin- vagy purinbázisok és pirimidin- vagy pirimidinbázisok. Az első csoportba az adenin és a guanin tartozik, míg a timin, a citozin és az uracil pirimidin bázisok. Ezeket az alapokat általában első betűjük jelöli: A, G, T, C és U.

Különböző nitrogénbázisok a DNS-ben és az RNS-ben.

Forrás: Felhasználó: Sponktranslation: Felhasználó: Jcfidy

A DNS építőkövei A, G, T és C. Ebben az alaprendben az élő szervezet felépítéséhez és fejlődéséhez szükséges összes információt kódoljuk. Az RNS-ben a komponensek azonosak, csak a T helyébe az U.

Felépítés és osztályozás

A nitrogénbázisok lapos, aromás és heterociklusos molekulák, amelyek általában purinokból vagy pirimidinekből származnak.

Pirimidin gyűrű

A pirimidin kémiai szerkezete.

A pirimidin gyűrű hat tagú heterociklusos aromás gyűrűk, két nitrogénatommal. Az atomok az óramutató járásával megegyező irányban vannak számozva.

Purin gyűrű

A purin kémiai szerkezete.

A puringyűrű kétgyűrűs rendszerből áll: az egyik szerkezetileg hasonló a pirimidingyűrűhöz, a másik pedig az imidazolgyűrűhöz. Ez a kilenc atom egyetlen gyűrűvel van összeolvadva.

A pirimidin gyűrű lapos rendszer, míg a purinok kissé eltérnek ettől a mintázattól. Az imidazolgyűrű és a pirimidingyűrű között enyhe gyűrődést vagy ráncot jelentettek.

A nitrogén bázisok tulajdonságai

aromásság

A szerves kémiában egy aromás gyűrűt olyan molekulaként definiálunk, amelynek kettős kötéséből származó elektronok szabad ciklusúak a ciklikus szerkezetben. Az elektronok mobilitása a gyűrűn belül stabilitást ad a molekula számára - ha ugyanazzal a molekulával hasonlítjuk össze -, de a kettős kötésekben rögzített elektronokkal.

Ennek a gyűrűrendszernek az aromás jellege lehetővé teszi számukra a ketoenol-tautomerizmusnak nevezett jelenség megtapasztalását.

Vagyis a purinek és a pirimidinek tautomer párokban vannak jelen. A keto-tautomerek semleges pH-nál dominálnak az uracil, a timin és a guanin alapjain. Ezzel szemben az enol forma domináns a citozin esetében, semleges pH-n. Ez a szempont nélkülözhetetlen a bázisok közötti hidrogénkötések kialakulásához.

UV fény elnyelése

A purinek és a pirimidinek másik tulajdonsága az, hogy képesek erős ultraibolya fényt (UV-fény) elnyelni. Ez az abszorpciós mintázat heterociklusos gyűrűinek aromás jellegének közvetlen következménye.

Az abszorpciós spektrum maximuma közel 260 nm. A kutatók ezt a szabványt használják a mintákban lévő DNS mennyiségének meghatározására.

Vízben való oldhatóság

A nitrogén bázisok erős aromás tulajdonságainak köszönhetően ezek a molekulák vízben gyakorlatilag nem oldódnak.

Biológiai jelentőségű nitrogénbázisok

Habár számos nitrogénbázis létezik, természetesen csak néhányat találunk az élő szervezetek sejtkörnyezetében.

A leggyakoribb pirimidin a citozin, az uracil és a timin (5-metil-uracil). A citoszin és a timin a pirimidin, amely jellemzően a DNS kettős spirálban található, míg a citozin és az uracil az RNS-ben gyakoriak. Vegye figyelembe, hogy az uracil és a timin között az egyetlen különbség az 5 szénatom metilcsoportja.

Hasonlóképpen, a leggyakoribb purinek az adenin (6-amino-purin) és a guanin (2-amino-6-oxi-purin). Ezek a vegyületek gazdagak mind a DNS, mind az RNS molekulákban.

Vannak más purinek származékai is, amelyeket természetesen megtalálunk a sejtekben, köztük a xantin, a hipoxantin és a húgysav. Az első kettő nukleinsavakban található meg, de nagyon ritka és specifikus módon. Ezzel szemben a húgysavat soha nem találják ezen biomolekulák szerkezeti alkotóelemeként.

Hogyan párosodnak?

Watson és Crick kutatók meghatározták a DNS szerkezetét. Tanulmányuknak köszönhetően megállapítható volt, hogy a DNS kettős spirál. Foszfodiészter kötésekkel összekötött hosszú nukleotidláncból áll, amelyben a foszfátcsoport hidat képez a cukormaradékok hidroxilcsoportjai (-OH) között.

Az éppen leírt szerkezet létrához hasonlít, a megfelelő korláttal együtt. A nitrogénbázisok a lépcsők analógjai, amelyeket hidrogénkötések útján a kettős spirálba csoportosítanak.

A hidrogénhídben két elektronegatív atom osztozik protonnal a bázisok között. A hidrogénkötés kialakulásához enyhe pozitív töltésű hidrogénatom és kis negatív töltésű akceptor részvétele szükséges.

A híd egy H és O között van kialakítva. Ezek a kötések gyengék, és vannak is, mivel a DNS-nek könnyen replikálódni kell.

Chargaff-szabály

Az alappárok hidrogénkötéseket képeznek az alábbiak szerint, Chargaff-szabályként ismert purin-pirimidin-párzási mintázat követésével: guaninpárok citozinnal és adeninpárok timinnel.

A GC pár három hidrogéntartályt képez egymással, míg az AT-párt csak két hida köti össze. Így megjósolhatjuk, hogy a nagyobb GC-tartalmú DNS stabilabb lesz.

A láncok mindegyike (vagy a korlát analógiáink szerint) ellentétes irányban halad: az egyik 5 ′ → 3 ′ és a másik 3 ′ → 5 ′.

Jellemzők

Nukleinsavak építőkövei

A szerves lények nukleinsavaknak nevezett biomolekulákat mutatnak be. Ezek nagyon nagy méretű polimerek, amelyek ismétlődő monomerekből - nukleotidokból állnak - összekapcsolódnak egy speciális kötéssel, amelyet foszfodiészter-kötésnek hívnak. Két alaptípusba sorolhatók: DNS és RNS.

Mindegyik nukleotid egy foszfátcsoportból, egy cukorból (dezoxiribóz típusú DNS-ben és ribózból RNS-ben), valamint az öt nitrogénbázis közül az egyikből áll: A, T, G, C és U. Ha a foszfátcsoport nincs jelen, a molekulát nukleozidnak nevezzük.

DNS-ben

A DNS az élőlények genetikai anyaga (néhány olyan vírus kivételével, amelyek főként RNS-t használnak). A 4-bázisos kód felhasználásával a DNS szekvenciát tartalmaz az összes organizmusban létező fehérjére, valamint az expresszióját szabályozó elemekre.

A DNS szerkezetének stabilnak kell lennie, mivel az organizmusok az információ kódolására használják. Ez azonban egy molekulák, amelyek hajlamosak a változásokra, úgynevezett mutációk. Ezek a genetikai anyagváltozások képezik az evolúciós változás alapanyagát.

Az RNS-ben

A DNS-hez hasonlóan az RNS egy nukleotid polimer, azzal a kivétellel, hogy a T bázist az U helyettesíti. Ez a molekula egyetlen sáv formájában van és biológiai funkciók széles skáláját látja el.

A sejtben három fő RNS található. A messenger RNS közvetítő a DNS és a fehérjeképződés között. Feladata az információ lemásolása a DNS-ben, és a fehérje transzlációs gépen történő eljuttatása. A második típusú riboszomális RNS ennek a komplex gépnek a szerkezeti része.

A harmadik típus vagy transzfer RNS felelős a megfelelő aminosavmaradékok hordozásáért a fehérjék szintéziséhez.

A három „hagyományos” RNS mellett számos apró RNS is részt vesz a gén expressziójának szabályozásában, mivel a DNS-ben kódolt összes gén nem expresszálható folyamatosan és azonos nagyságrendben a sejtben.

A organizmusoknak útvonalakkal kell rendelkezniük génjeik szabályozására, vagyis annak eldöntésére, hogy expresszálódnak-e vagy sem. Hasonlóképpen, a genetikai anyag csak egy spanyol szavak szótárából áll, és a szabályozási mechanizmus lehetővé teszi irodalmi mű létrehozását.

A nukleozid-trifoszfátok építőelemei

A nitrogénbázisok a nukleozid-trifoszfátok részei, egy olyan molekula, amely a DNS-hez és az RNS-hez hasonlóan biológiai jelentőségű. A bázison kívül pentózból és három foszfátcsoportból áll, amelyek nagy energiájú kötések révén kapcsolódnak egymáshoz.

Ezeknek a kötésnek köszönhetően a nukleozid-trifoszfátok energiagazdag molekulák, és az energia felszabadulását célzó anyagcsere útvonalak fő terméke. A legelterjedtebbek az ATP.

Az ATP vagy az adenozin-trifoszfát nitrogéntartalmú adeninből áll, amely a pentóz típusú cukor 1. helyzetében található szénhez kapcsolódik: ribóz. E szénhidrát ötödik helyzetében mindhárom foszfátcsoport kapcsolódik egymáshoz.

Általánosságban az ATP a sejtek energiaváltója, mivel gyorsan felhasználható és regenerálható. A szerves vegyületek sok általános metabolikus útvonalat használnak és termelnek ATP-t.

"Teljesítménye" nagy energiájú kötéseken alapszik, amelyeket foszfátcsoportok képeznek. Ezeknek a csoportoknak a negatív töltése folyamatosan visszatükröződik. Vannak más okok is, amelyek hajlamosak az ATP hidrolízisére, ideértve a rezonancia stabilizálását és az oldódást.

autacoid

Bár a legtöbb nukleozid nem rendelkezik jelentős biológiai aktivitással, az adenozin az emlősökben kivételes kivétel. Ez autacoidként működik, analóg a "helyi hormonhoz", és neuromodulátorként is működik.

Ez a nukleozid szabadon kering a véráramban és lokálisan működik, különféle hatással van az erek tágulására, simaizom-összehúzódásokra, neuronális kisülésekre, neurotranszmitterek felszabadulására és a zsír anyagcserére. Ez a pulzusszabályozással is összefügg.

Ez a molekula szintén részt vesz az alvásminták szabályozásában. Az adenozin koncentráció növekszik és elősegíti a fáradtságot. Ezért segít a koffein ébren maradni: blokkolja az idegrendszeri interakciókat az extracelluláris adenozinnal.

A szabályozási elemek szerkezeti blokkjai

A sejtekben a szokásos metabolikus folyamatok jelentős számú szabályozási mechanizmusával rendelkezik az ATP, ADP és AMP szintjén. Az utóbbi két molekula szerkezete megegyezik az ATP-vel, de egy és két foszfátcsoport elveszett.

Mint az előző szakaszban említettük, az ATP instabil molekula. A cellának csak akkor kell előállítania az ATP-t, amikor szüksége van rá, mivel gyorsan felhasználnia kell. Maga az ATP szintén olyan elem, amely szabályozza az anyagcserét, mivel jelenléte azt jelzi a sejt számára, hogy nem szabad több ATP-t előállítania.

Ezzel szemben a hidrolizált származékai (AMP) figyelmeztetik a sejtet, hogy az ATP kifogy, és ennek többet kell termelnie. Így az AMP aktiválja az energiatermelés anyagcseréjét, például glikolízist.

Hasonlóképpen, sok hormonális szignált (például a glikogén anyagcserében részt vevőket) cAMP-molekulák (c ciklusos ciklusúak) vagy hasonló variánsok közvetítnek sejtben intracellulárisan, szerkezetükben guaninnal: cGMP.

A koenzimek építőelemei

A metabolikus útvonalak több szakaszában az enzimek nem képesek egyedül működni. További molekulákra van szükségük a funkcióik teljesítéséhez; Ezeket az elemeket koenzimeknek vagy koubsztrátumoknak nevezzük, ez utóbbi kifejezés megfelelőbb, mivel a koenzimek nem katalitikusan aktívak.

Ezekben a katalitikus reakciókban szükség van az elektronok vagy atomcsoportok átvitele egy másik szubsztrátumra. Az ebben a jelenségben részt vevő segédmolekulák koenzimek.

A nitrogénbázisok ezen kofaktorok szerkezeti elemei. A legismertebbek a pirimidin nukleotidok (NAD ⁺, NADP ⁺), FMN, FAD és A koenzim. Ezek nagyon fontos metabolikus folyamatokban vesznek részt, mint például a glikolízis, a Krebs-ciklus, a fotoszintézis, többek között.

Például a pirimidin nukleotidok a dehidrogenáz aktivitással rendelkező enzimek nagyon fontos koenzimjei, és felelősek a hidrid-ionok szállításáért.

Irodalom

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M.,… és Walter, P. (2013). Alapvető sejtbiológia. Garland Science.
2. Cooper, GM és Hausman, RE (2007). A sejt: molekuláris megközelítés. Washington DC, Sunderland, MA.
3. Griffiths, AJ (2002). Modern genetikai elemzés: a gének és a genomok integrálása. Macmillan.
4. Griffiths, AJ, Wessler, SR, Lewontin, RC, Gelbart, WM, Suzuki, DT és Miller, JH (2005). Bevezetés a genetikai elemzésbe. Macmillan.
5. Koolman, J. és Röhm, KH (2005). Biokémia: szöveg és atlasz. Panamerican Medical Ed.
6. Passarge, E. (2009). Genetikai szöveg és atlasz. Panamerican Medical Ed.