Cơ sở nitơ làm thế nào họ giao phối, phân loại và chức năng



các bazơ nitơ chúng là các hợp chất hữu cơ ở dạng dị vòng, giàu nitơ. Chúng là một phần của các khối cấu trúc của axit nucleic và các phân tử lợi ích sinh học khác, chẳng hạn như nucleoside, dinucleotide và sứ giả nội bào. Nói cách khác, các bazơ nitơ là một phần của các đơn vị tạo thành axit nucleic (RNA và DNA) và các phân tử được đề cập khác.

Có hai nhóm cơ sở nitơ chính: cơ sở purine hoặc purine và cơ sở pyrimidine hoặc pyrimidine. Nhóm đầu tiên bao gồm adenine và guanine, trong khi thymine, cytosine và uracil là các bazơ pyrimidine. Nói chung, các cơ sở này được ký hiệu bằng chữ cái đầu tiên của chúng: A, G, T, C và U.

Các khối DNA là A, G, T và C. Theo thứ tự các cơ sở này, tất cả các thông tin cần thiết cho việc xây dựng và phát triển của một sinh vật sống được mã hóa. Trong RNA, các thành phần là như nhau, chỉ có T được thay thế bằng U.

Chỉ số

  • 1 Cấu trúc và phân loại
    • 1.1 Vòng pyrimidines
    • 1.2 vòng purine
  • 2 Tính chất của bazơ nitơ
    • 2.1 Độ thơm
    • 2.2 Hấp thụ ánh sáng tia cực tím
    • 2.3 Độ hòa tan trong nước
  • 3 cơ sở nitơ quan tâm sinh học
  • 4 Làm thế nào để họ giao phối?
    • 4.1 Quy tắc Chargeaff
  • 5 chức năng
    • 5.1 Khối cấu trúc của axit nucleic
    • 5.2 Các khối cấu trúc của các nucleoside triphosphate
    • 5.3 Autacoid
    • 5.4 Khối cấu trúc của các yếu tố điều tiết
    • 5.5 Khối cấu trúc của coenzyme
  • 6 tài liệu tham khảo

Cấu trúc và phân loại

Các bazơ nitơ là các phân tử phẳng, thuộc loại thơm và dị vòng, thường có nguồn gốc từ purin hoặc pyrimidine..

Vòng pyrimidines

Vòng pyrimidine là vòng thơm dị vòng với sáu thành viên và hai nguyên tử nitơ. Các nguyên tử được đánh số theo chiều kim đồng hồ.

Vòng purine

Vòng purine bao gồm một hệ thống hai vòng: một vòng có cấu trúc tương tự như vòng pyrimidine và vòng khác tương tự như vòng imidazole. Chín nguyên tử này được hợp nhất thành một vòng duy nhất.

Vòng của pyrimidines là một hệ phẳng, trong khi các purin lệch một chút so với mẫu này. Một nếp nhăn nhẹ hoặc nếp nhăn đã được báo cáo giữa vòng imidazole và vòng pyrimidine..

Tính chất của bazơ nitơ

Thơm

Trong hóa hữu cơ, một vòng thơm nó được định nghĩa là một phân tử có các electron của liên kết đôi có sự lưu thông tự do trong cấu trúc tuần hoàn. Độ linh động của các electron trong vòng mang lại sự ổn định cho phân tử - nếu chúng ta so sánh nó với cùng một phân tử - nhưng với các electron cố định trong liên kết đôi.

Bản chất thơm của hệ thống vòng này cho họ khả năng trải nghiệm một hiện tượng gọi là keto-enol tautomería.

Đó là, purin và pyrimidine tồn tại trong cặp tautomeric. Tautomers Keto chiếm ưu thế ở pH trung tính cho các cơ sở uracil, thymine và guanine. Ngược lại, dạng enol chiếm ưu thế đối với cytosine, ở pH trung tính. Khía cạnh này là nền tảng cho sự hình thành các cầu hydro giữa các căn cứ.

Hấp thụ tia UV

Một đặc tính khác của purin và pyrimidine là khả năng hấp thụ mạnh tia cực tím (tia UV). Kiểu hấp thụ này là kết quả trực tiếp của sự thơm của các vòng dị vòng của nó.

Phổ hấp thụ có cực đại gần 260nm. Các nhà nghiên cứu sử dụng mô hình này để định lượng lượng DNA trong các mẫu của họ.

Độ hòa tan trong nước

Nhờ đặc tính thơm mạnh mẽ của các bazơ nitơ, các phân tử này thực tế không hòa tan trong nước.

Cơ sở nitơ quan tâm sinh học

Mặc dù có một số lượng lớn các bazơ nitơ, chúng ta chỉ tìm thấy một số tự nhiên trong môi trường tế bào của các sinh vật sống.

Các pyrimidine phổ biến nhất là cytosine, uracil và thymine (5-methyluracil). Cytosine và thymine là những pyrimidine mà chúng ta thường thấy trong chuỗi xoắn kép của DNA, trong khi cytosine và uracil là phổ biến trong RNA. Lưu ý rằng sự khác biệt duy nhất giữa uracil và thymine là nhóm methyl trên carbon 5.

Tương tự, các purin phổ biến nhất là adenine (6-amino purine) và guanine (2-amino-6-oxy purine). Các hợp chất này có nhiều trong cả phân tử DNA và RNA.

Có những dẫn xuất khác của purin mà chúng ta tìm thấy tự nhiên trong tế bào, trong số đó có xanthine, hypoxanthine và axit uric. Hai cái đầu tiên có thể được tìm thấy trong axit nucleic, nhưng theo cách rất khan hiếm và đúng giờ. Ngược lại, axit uric không bao giờ được tìm thấy như là một thành phần cấu trúc của các phân tử sinh học này.

Làm thế nào để họ giao phối?

Cấu trúc của DNA đã được làm sáng tỏ bởi các nhà nghiên cứu Watson và Crick. Nhờ nghiên cứu của mình, có thể kết luận rằng DNA là một chuỗi xoắn kép. Nó được cấu thành bởi một chuỗi dài các nucleotide được liên kết bởi các liên kết phosphodiester, trong đó nhóm phosphate tạo thành cầu nối giữa các nhóm hydroxyl (-OH) của dư lượng đường.

Cấu trúc mà chúng tôi vừa mô tả giống như một cầu thang cùng với tay vịn tương ứng của nó. Các cơ sở nitơ là tương tự với cầu thang, được nhóm trong chuỗi xoắn kép bằng cầu hydro.

Trong một cây cầu hydro, hai nguyên tử có độ âm điện chia sẻ một proton giữa các bazơ. Để hình thành cây cầu hydro, cần có sự tham gia của nguyên tử hydro với điện tích dương nhẹ và chất nhận với điện tích âm nhỏ.

Cây cầu được hình thành giữa H và O. Các liên kết này yếu và chúng phải như vậy, vì DNA phải mở dễ dàng để sao chép.

Quy tắc của Chargeaff

Các cặp bazơ tạo thành các liên kết hydro theo mô hình giao phối purine-pyrimidine sau đây được gọi là quy tắc của Chargeaff: cặp guanine với cytosine và adenine với thymine.

Cặp GC tạo thành ba nguyên tử hydro với nhau, trong khi cặp AT chỉ được nối bởi hai cây cầu. Do đó, chúng ta có thể dự đoán rằng một DNA có hàm lượng GC cao hơn sẽ ổn định hơn.

Mỗi chuỗi (hoặc tay vịn trong tương tự của chúng tôi), chạy theo hai hướng ngược nhau: một 5 '→ 3' và 3 '→ 5' khác.

Chức năng

Khối cấu trúc của axit nucleic

Sinh vật hữu cơ trình bày một loại phân tử sinh học gọi là axit nucleic. Đây là các polyme có kích thước đáng kể được hình thành từ các monome lặp đi lặp lại: các nucleotide, được hợp nhất bằng một loại liên kết đặc biệt, được gọi là liên kết phosphodiester. Chúng được phân loại thành hai loại cơ bản, DNA và RNA.

Mỗi nucleotide được hình thành bởi một nhóm phốt phát, một loại đường (thuộc loại deoxyribose trong DNA và ribose trong RNA) và một trong năm bazơ nitơ: A, T, G, C và U. Khi không có nhóm phosphate , phân tử được gọi là nucleoside.

Trong DNA

DNA là vật liệu di truyền của sinh vật sống (ngoại trừ một số loại virus sử dụng RNA chủ yếu). Sử dụng mã của 4 bazơ, DNA có trình tự cho tất cả các protein tồn tại trong sinh vật, bên cạnh các yếu tố điều chỉnh sự biểu hiện của cùng một.

Cấu trúc của DNA phải ổn định, vì các sinh vật sử dụng nó để mã hóa thông tin. Tuy nhiên, nó là một phân tử dễ bị thay đổi, được gọi là đột biến. Những thay đổi trong vật liệu di truyền là nguyên liệu cơ bản cho sự thay đổi tiến hóa.

Trong RNA

Giống như DNA, RNA là một polymer của nucleotide, ngoại trừ cơ sở T được thay thế bằng U. Phân tử này ở dạng một dải đơn giản và đáp ứng một loạt các chức năng sinh học.

Trong tế bào, có ba RNA chính. Messenger RNA là một trung gian giữa sự hình thành DNA và protein. Ông chịu trách nhiệm sao chép thông tin trong DNA và đưa nó đến bộ máy dịch mã protein. RNA ribosome, một loại thứ hai, tạo thành một phần cấu trúc của bộ máy phức tạp này.

Loại thứ ba, hoặc RNA chuyển, chịu trách nhiệm mang dư lượng axit amin phù hợp cho việc tổng hợp protein.

Ngoài ba RNA "truyền thống", có một số RNA nhỏ liên quan đến việc điều hòa biểu hiện gen, vì trong một tế bào, tất cả các gen được mã hóa trong DNA không thể được biểu hiện liên tục và ở cùng một mức độ..

Điều cần thiết là các sinh vật có cách điều chỉnh gen của họ, nghĩa là quyết định xem chúng có được biểu hiện hay không. Tương tự, vật liệu di truyền chỉ bao gồm một từ điển các từ trong tiếng Tây Ban Nha và cơ chế điều chỉnh cho phép hình thành một tác phẩm văn học.

Các khối cấu trúc của các nucleoside triphosphate

Các bazơ nitơ là một phần của nucleoside triphosphate, một phân tử, giống như DNA và RNA, là mối quan tâm sinh học. Ngoài cơ sở, nó bao gồm một nhóm pentose và ba nhóm phosphate liên kết với nhau bằng các liên kết năng lượng cao..

Nhờ các liên kết này, các triphosphate nucleoside là các phân tử giàu năng lượng và là sản phẩm chính của các quá trình trao đổi chất tìm cách giải phóng năng lượng. Trong số được sử dụng nhiều nhất là ATP.

ATP hoặc adenosine triphosphate được cấu thành bởi cơ sở adenine nitơ, liên kết với carbon nằm ở vị trí 1 của một loại đường thuộc loại pentose: ribose. Ở vị trí năm của carbohydrate này, ba nhóm phosphate được liên kết.

Nói chung, ATP là tiền tệ năng lượng của tế bào, vì nó có thể được sử dụng và tái tạo nhanh chóng. Nhiều con đường trao đổi chất phổ biến trong số các sinh vật hữu cơ sử dụng và sản xuất ATP.

"Sức mạnh" của nó dựa trên các liên kết năng lượng cao, được hình thành bởi các nhóm phốt phát. Các điện tích âm của các nhóm này là trong lực đẩy liên tục. Có những nguyên nhân khác dẫn đến sự thủy phân trong ATP, bao gồm sự ổn định bằng cộng hưởng và hòa tan..

Autacoid

Mặc dù hầu hết các nucleoside thiếu hoạt động sinh học đáng kể, adenosine là một ngoại lệ rõ rệt ở động vật có vú. Chức năng này như một autacoid, tương tự như "nội tiết tố" và như một chất điều chế thần kinh.

Nucleoside này lưu thông tự do trong máu và hoạt động cục bộ, với nhiều tác động khác nhau đến sự giãn nở mạch máu, co thắt cơ trơn, thải tế bào thần kinh, giải phóng chất dẫn truyền thần kinh và chuyển hóa chất béo. Nó cũng liên quan đến việc điều hòa nhịp tim.

Phân tử này cũng tham gia vào việc điều chỉnh các kiểu ngủ. Nồng độ của adenosine làm tăng và thúc đẩy sự mệt mỏi. Đây là lý do tại sao caffeine giúp chúng ta tỉnh táo: nó ngăn chặn các tương tác thần kinh với adenosine ngoại bào.

Khối cấu trúc của các yếu tố quy định

Một lượng đáng kể các quá trình trao đổi chất phổ biến trong các tế bào có cơ chế điều tiết dựa trên mức độ ATP, ADP và AMP. Etas hai phân tử cuối cùng có cùng cấu trúc ATP, nhưng đã mất một và hai nhóm phosphate tương ứng.

Như chúng ta đã đề cập trong phần trước, ATP là một phân tử không ổn định. Các tế bào chỉ phải sản xuất ATP khi nó cần, vì nó phải sử dụng nó một cách nhanh chóng. Bản thân ATP cũng là một yếu tố điều chỉnh các quá trình trao đổi chất, vì sự hiện diện của nó chỉ ra cho tế bào rằng nó không nên tạo ra nhiều ATP hơn.

Ngược lại, các dẫn xuất thủy phân của nó (AMP), cảnh báo tế bào rằng ATP sắp hết và sẽ sản xuất nhiều hơn. Do đó, AMP kích hoạt các quá trình trao đổi chất trong sản xuất năng lượng, chẳng hạn như glycolysis.

Tương tự như vậy, nhiều tín hiệu giống như hoóc môn (như các tín hiệu liên quan đến chuyển hóa glycogen) được trung gian nội bào bởi các phân tử cAMP (c là chu kỳ) hoặc bởi một biến thể tương tự nhưng có cấu trúc guanine: cGMP.

Các khối cấu trúc của coenzyme

Trong nhiều bước của quá trình trao đổi chất, các enzyme không thể hoạt động một mình. Họ cần các phân tử bổ sung để có thể thực hiện các chức năng của họ; các yếu tố này được gọi là coenzyme hoặc đồng chất, thuật ngữ sau là phù hợp hơn, vì coenzyme không hoạt động xúc tác.

Trong các phản ứng xúc tác này, cần phải chuyển các electron hoặc nhóm nguyên tử sang chất nền khác. Các phân tử phụ trợ tham gia vào hiện tượng này là các coenzyme.

Các cơ sở nitơ là các yếu tố cấu trúc của các đồng yếu tố nói trên. Trong số được công nhận nhất là các nucleotide pyrimidine (NAD)+, NADP+), FMN, FAD và coenzyme A. Chúng tham gia vào các quá trình trao đổi chất rất quan trọng, như glycolysis, chu trình Krebs, quang hợp, trong số những thứ khác.

Ví dụ, các nucleotide pyrimidine là các coenzyme rất quan trọng của các enzyme có hoạt tính dehydrogenase và chịu trách nhiệm vận chuyển các ion hydride.

Tài liệu tham khảo

  1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, A.D., Lewis, J., Raff, M., ... & Walter, P. (2013). Sinh học tế bào thiết yếu. Khoa học vòng hoa.
  2. Cooper, G. M., & Hausman, R. E. (2007). Tế bào: một cách tiếp cận phân tử. Washington, DC, Sunderland, MA.
  3. Griffiths, A. J. (2002). Phân tích di truyền hiện đại: tích hợp gen và bộ gen. Máy xay sinh tố.
  4. Griffiths, A.J., Wessler, S.R., Lewstop, R.C., Gelbart, W.M., Suzuki, D.T., & Miller, J.H. (2005). Giới thiệu về phân tích di truyền. Máy xay sinh tố.
  5. Koolman, J., & Röhm, K. H. (2005). Hóa sinh: văn bản và tập bản đồ. Ed. Panamericana Y tế.
  6. Passund, E. (2009). Văn bản di truyền và tập bản đồ. Ed. Panamericana Y tế.