загальність
Азотисті основи являють собою ароматичні гетероциклічні органічні сполуки, що містять атоми азоту, які беруть участь у формуванні нуклеотидів.
Плід об'єднання азотистого підстави, пентоза (тобто цукру з 5 атомами вуглецю) і фосфатної групи, нуклеотиди, є молекулярними одиницями, що складають ДНК і РНК нуклеїнових кислот.
В ДНК азотисті основи є: аденін, гуанін, цитозин і тимін; в РНК вони однакові, за винятком тиміну, у місці якого є азотиста база, названа урацилом.
На відміну від РНК, азотисті основи ДНК утворюють пари або пари підстав. Наявність цих сполучень можливе, оскільки ДНК має дволанцюжкову нуклеотидну структуру.
Експресія гена залежить від послідовності азотистих підстав, об'єднаних з нуклеотидами ДНК.
Що таке азотисті основи?
Азотисті основи є органічними молекулами, що містять азот, які беруть участь у формуванні нуклеотидів .
Кожен утворений з азотистого підстави, цукру з 5 атомами вуглецю (пентоза) і фосфатної групи, нуклеотиди є молекулярними одиницями, що складають ДНК і РНК нуклеїнових кислот .
ДНК і РНК нуклеїнових кислот є біологічними макромолекулами, від яких залежить розвиток і належне функціонування клітин живої істоти.
АЗОТОВІ БАЗИ ЯДЕРНИХ КИСЛОТ
Азотисті основи, що входять до складу ДНК і РНК нуклеїнових кислот, є: аденін, гуанін, цитозин, тимін і урацил .
Аденін, гуанін і цитозин є загальними для обох нуклеїнових кислот, тобто вони є частиною як нуклеотидів ДНК, так і нуклеотидів РНК. Тимін є виключною для ДНК, тоді як урацил є виключною для РНК .
Роблячи короткий виклад, то азотисті основи, які утворюють нуклеїнову кислоту (будь то ДНК або РНК), належать до 4 різних типів.
ЗБУДЖЕННЯ АЗОТНИХ БАЗ
Хіміки і біологи вважали доцільним скоротити назви азотистих основ з однієї літери алфавіту. Таким чином, вони зробили подання і опис нуклеїнових кислот на текстах легше і швидше.
Аденін збігається з великими літерами A; гуанін з великої літери G; цитозин з великої літери С; тимін з великими літерами Т; нарешті, урацил з великої літери U.
Класи і структура
Існують два класи азотистих основ: клас азотистих основ, що походять від піримідину, і клас азотистих основ, що походять від пурину .
Малюнок: загальна хімічна структура піримідину і пурину.
Азотисті основи, отримані з піримідину, також відомі з альтернативними назвами: піримідинових або піримідинових азотистих основ ; в той час як азотисті основи, які походять від пурину, також відомі з альтернативними словами: пуринові або пуринові азотисті основи .
Цитозин, тимін і урацил належать до класу піримідинових азотистих основ; Аденін і гуанін, з іншого боку, складають клас пуринових азотистих основ.
Приклади похідних пурину, відмінних від азотних 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 і сечова кислота, належать до цієї категорії.
ЯКІ ОСНОВИ АЗОТЕ ВІД ХІМІЧНОГО ПОГЛЯДУ?
Органічні хіміки визначають азотисті основи і всі похідні пурину і піримідину як гетероциклічні ароматичні сполуки .
- Гетероциклічна сполука являє собою органічне кільцеве (або циклічне) з'єднання, яке у згаданому кільці має один або більше атомів, відмінних від вуглецю. У випадку пуринів і піримідинів атомами, відмінними від вуглецю, є атоми азоту.
- Ароматична сполука являє собою кільцеподібне органічне з'єднання, що має структурно-функціональні характеристики, подібні до бензолу.
СТРУКТУРА
Малюнок: хімічна структура бензолу.
Хімічна структура азотистих основ, що походять з піримідину, складається, головним чином, в одному кільці з 6 атомами, 4 з яких є атомами вуглецю і 2 з яких є азотом.
Фактично, піримідинова азотиста основа являє собою піримідин з одним або декількома заступниками (тобто одним атомом або групою атомів), пов'язаними з одним з вуглецевих атомів кільця.
Навпаки, хімічна структура азотистих основ, отриманих з пурину, складається, головним чином, з подвійного кільця з 9 загальними атомами, 5 з яких є вуглецевими і 4 з яких є азотом. Вищезгадане подвійне кільце з 9 загальними атомами походить від злиття піридимінового кільця (тобто піримідинового кільця) з імідазольним кільцем (тобто кільце з імідазолу, інше органічне гетероциклічне з'єднання).
Фігура: структура імідазолу.
Як відомо, піримідинове кільце містить 6 атомів; в той час як імідазольне кільце містить 5. При злитті два кільця розділяють по два атоми вуглецю кожен і це пояснює, чому кінцева структура містить, зокрема, 9 атомів.
МІСЦЕ АТОМІВ АЗОТУ В ПУРІНІ ТА ПІРИМИДІНІ
Для спрощення вивчення та опису органічних молекул органічні хіміки подумали про призначення ідентифікаційного номера вугіллям і всім іншим атомам підтримуючих структур. Нумерація завжди починається з 1, вона ґрунтується на дуже специфічних критеріях присвоєння (що тут краще опускати) і служить для встановлення положення кожного атома в межах молекули.
Для піримідинів критеріями чисельного призначення встановлено, що 2 атома азоту займають положення 1 і 3, а 4 атома вуглецю знаходяться в положеннях 2, 4, 5 і 6.
Для пуринів, з іншого боку, чисельні критерії розподілу зазначають, що 4 атома 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 база нуклеотиду завжди приєднується до вуглецю в положенні 1 відповідної пентози через ковалентний N-глікозидний зв'язок .
Зокрема,
- Азотисті основи, отримані з піримідину, утворюють N-глікозидну зв'язок через їх азот у положенні 1 ;
- У той час як азотисті підстави, які походять від пурину, утворюють N-глікозидний зв'язок, через їх азот в положенні 9 .
У хімічній структурі нуклеотидів пентоза являє собою центральний елемент, до якого пов'язують азотисту базу і фосфатну групу.
Хімічний зв'язок, що поєднує фосфатну групу з пентозою, має фосфодіефірний тип і включає кисень фосфатної групи і вуглець у положенні 5 пентози.
КОЛИ АЗОТЕ ОСНОВИ ФОРМУЮТЬ НУКЛЕОЗИДУ?
Комбінація азотистої основи і пентози утворює органічну молекулу, яка бере назву нуклеозиду .
Таким чином, це додавання фосфатної групи, що змінює нуклеозиди в нуклеотиди.
Більш того, згідно з конкретним визначенням нуклеотидів, ці органічні сполуки будуть "нуклеозидами, які мають одну або більше фосфатних груп, пов'язаних з вуглецем 5 складової пентози".
Організація в ДНК
ДНК, або дезоксирибонуклеїнова кислота, являє собою велику біологічну молекулу, утворену двома дуже довгими нитками нуклеотидів (або полінуклеотидних ниток ).
Ці полінуклеотидні нитки мають деякі характеристики, які заслуговують особливої уваги, тому що вони також тісно стосуються азотистих основ:
- Вони з'єднані між собою.
- Вони орієнтовані в протилежних напрямках ("антипаралельні нитки").
- Вони обмотують один одного, немов дві спіралі.
- Нуклеотиди, що утворюють їх, мають таке розташування, що азотисті основи орієнтовані до центральної осі кожної спіралі, тоді як пентози і фосфатні групи утворюють зовнішнє риштування останньої.
Сингулярне розташування нуклеотидів змушує кожну азотисту базу одного з двох полінуклеотидних ниток об'єднуватися за допомогою водневих зв'язків до азотистої основи, присутньої на іншій нитці. Цей союз, таким чином, створює комбінацію основ, комбінацій, які біологічні і генетики називають спарюванням або парою підстав .
Вище було сказано, що обидва нитки з'єднані разом: це зв'язки між різними азотистими основами двох полінуклеотидних ниток, які визначають їх об'єднання.
КОНЦЕПЦІЯ ДОПОВІДНИХ МІЖ БАЗОВИХ БАЗ
Досліджуючи структуру ДНК, дослідники зрозуміли, що спаровування азотистих основ є високоспецифічним. Фактично, вони помітили, що аденін приєднується тільки до тиміну, тоді як цитозин зв'язується тільки з гуаніном.
У світлі цього відкриття, вони ввели термін " комплементарність між азотистими основами ", щоб вказати однозначне зв'язування аденина з тиміном і цитозином з гуаніном.
Ідентифікація комплементарного сполучення між азотистими основами була ключем до пояснення фізичних розмірів ДНК і особливої стабільності, яку користувалися двома полінуклеотидними нитками.
Вирішальний внесок у відкриття структури ДНК (від спіральної обмотки двох полінуклеотидних ниток до спарювання додаткових азотистих основ) дав американський біолог Джеймс Уотсон і англійський біолог Френсіс Крік у 1953 році.
З формулюванням так званої " моделі подвійної спіралі " Уотсон і Крік мали неймовірну інтуїцію, яка представляла епохальний поворотний момент в області молекулярної біології і генетики.
Фактично, відкриття точної структури ДНК зробило можливим вивчення та розуміння біологічних процесів, які бачать дезоксирибонуклеїнову кислоту як головну дію: від того, як РНК реплікується або формується до того, як вона генерує білки.
ТИЖНІ, ЯКІ ЗБУДЖУЮТЬ ПАРАМИ ЛЕГКОВИХ ОСНОВ
Приєднання двох азотистих основ в молекулі ДНК, що утворюють комплементарне сполучення, являють собою ряд хімічних зв'язків, відомих як водневі зв'язки .
Аденін і тимін взаємодіють один з одним за допомогою двох водневих зв'язків, а гуанін і цитозин - за допомогою трьох водневих зв'язків.
Скільки кількох баз Азотату містити молекулярну ДНК людини?
Родова молекула людської ДНК містить близько 3, 3 мільярдів основних пар азоту, які складають близько 3, 3 мільярда нуклеотидів на одну нитку.
Фігура: хімічна взаємодія між аденином і тиміном і між гуаніном і цитозином. Читач може помітити положення і кількість водневих зв'язків, які утримують разом азотисті основи двох полінуклеотидних ниток.
Організація в РНК
На відміну від ДНК, РНК або рибонуклеїнової кислоти, це нуклеїнова кислота, зазвичай складається з однієї нитки нуклеотидів.
Таким чином, азотисті основи, які утворюють його, є "неспареними".
Однак слід зазначити, що відсутність комплементарної азотистої ланцюга не виключає можливості того, що азотисті основи РНК можуть виглядати подібно до ДНК.
Іншими словами, азотисті основи однієї РНК-нитки можуть збігатися, згідно з законами комплементарності між азотистими основами, точно так само, як азотисті основи ДНК.
Комплементарне сполучення між азотистими основами двох різних молекул РНК є основою важливого процесу синтезу білка (або синтезу білка ).
УРАКАЛ ЗМІНИТЬ ТИМІНУ
У РНК урацил замінює ДНК-тимін не тільки в структурі, але і в комплементарному спарюванні: насправді це азотиста база, яка специфічно зв'язується з аденіном, коли дві різні молекули РНК з'являються з функціональних причин.
Біологічна роль
Експресія генів залежить від послідовності азотистих підстав, приєднаних до нуклеотидів ДНК. Гени є більш-менш довгими сегментами ДНК (тобто нуклеотидними сегментами), які містять інформацію, необхідну для синтезу білка. Складені з амінокислот, білки є біологічними макромолекулами, які відіграють фундаментальну роль у регулюванні клітинних механізмів організму.
Послідовність азотистих основ даного гена визначає аминокислотную послідовність спорідненого білка.
