всеобщност
Азотните основи са ароматни хетероциклични органични съединения, съдържащи азотни атоми, които участват в образуването на нуклеотиди.
Плодът на обединението на азотна база, пентоза (т.е. захар с 5 въглеродни атома) и фосфатна група, нуклеотидите са молекулните единици, които съставляват нуклеиновите киселини ДНК и РНК.
В ДНК азотните основи са: аденин, гуанин, цитозин и тимин; в РНК, те са едни и същи, с изключение на тимина, в чието място има азотна основа, наречена урацил.
За разлика от тези на РНК, азотните основи на ДНК образуват сдвояване или базови двойки. Наличието на такова сдвояване е възможно, тъй като ДНК има двойно-верижна нуклеотидна структура.
Експресията на гена зависи от последователността на азотните бази, комбинирани с нуклеотидите на ДНК.
Какви са азотните основи?
Азотните основи са органичните молекули, съдържащи азот, които участват в образуването на нуклеотиди .
Образувани всяка от азотна основа, захар с 5 въглеродни атома (пентоза) и фосфатна група, нуклеотидите са молекулни единици, които образуват нуклеиновите киселини ДНК и РНК .
Нуклеиновите киселини ДНК и РНК са биологични макромолекули, от които зависи развитието и правилното функциониране на клетките на живо същество.
АЗОТНИТЕ ОСНОВИ НА ЯДРЕНИ КИСЕЛИНИ
Азотните основи, които съставят ДНК и РНК на нуклеиновите киселини, са: аденин, гуанин, цитозин, тимин и урацил .
Аденин, гуанин и цитозин са общи за двете нуклеинови киселини, т.е. те са част както от нуклеотидите на ДНК, така и от нуклеотидите на РНК. Тиминът не съдържа ДНК, докато урацилът е изключителен за РНК .
Следователно, кратко резюме, азотните основи, които образуват нуклеинова киселина (или ДНК, или РНК), принадлежат към 4 различни типа.
АБРЕВИЦИИ НА АЗОТНИ БАЗИ
Химиците и биолозите смятат за уместно да съкратят имената на азотните основи само с една буква от азбуката. По този начин те са улеснили представянето и описанието на нуклеиновите киселини върху текстовете.
Аденинът съвпада с главна буква А; гуанина с главна буква G; цитозин с главна буква С; тимина с главна буква Т; накрая, урацил с главна буква U.
Класове и структура
Съществуват два класа азотни бази: класът на азотните основи, произтичащи от пиримидин, и класът на азотните бази, произтичащи от пурин .
Фигура: генерична химическа структура на пиримидин и пурин.
Азотните основи, получени от пиримидин, са известни също и с алтернативни наименования на пиримидинови азотни бази или пиримидини ; докато азотните основи, получени от пурина, са известни и с алтернативните термини на: пуринови или пуринови азотни основи .
Цитозин, тимин и урацил принадлежат към класа на пиримидиновите азотни бази; аденин и гуанин, от друга страна, съставляват класа на пуриновите азотни основи.
Примери за пуринови производни, различни от азотните бази на ДНК и РНК
Сред пуриновите производни има и органични съединения, които не са азотни бази на ДНК и РНК. Например, съединения като: кофеин, ксантин, хипоксантин, теобромин и пикочна киселина попадат в гореспоменатата категория.
КАКВИ СА ОСНОВНИТЕ НИТИ ОТ ХИМИЧЕСКАТА ТОЧКА?
Органичните химици определят азотните основи и всички производни на пурин и пиримидин като ароматни хетероциклени съединения .
- Хетероцикличното съединение е органично пръстенно (или циклично) съединение, което в споменатия пръстен има един или повече атоми, различни от въглеродните. В случая на пурини и пиримидини, атоми, различни от въглерод, са азотни атоми.
- Ароматното съединение е органично съединение на пръстена, имащо структурни и функционални характеристики, подобни на тези на бензола.
СТРУКТУРА
Фигура: химическа структура на бензола.
Химическата структура на азотните основи, получени от пиримидин, се състои главно от един пръстен с 6 атома, 4 от които са въглерод и 2 от които са азот.
В действителност, пиримидинова азотна основа е пиримидин с един или повече заместители (т.е. един атом или група от атоми), свързани към един от въглеродните атоми на пръстена.
От друга страна, химичната структура на азотните основи, получени от пурин, се състои главно от двоен пръстен с 9 общи атома, 5 от които са въглени и 4 от които са азот. Гореспоменатият двоен пръстен с общо 9 атома произлиза от сливането на пиридинов пръстен (т.е. пиримидиновия пръстен) с имидазолов пръстен (т.е. имидазолов пръстен, друго хетероциклично органично съединение).
Фигура: структура на имидазол.
Както е известно, пиримидиновият пръстен съдържа 6 атома; докато имидазоловият пръстен съдържа 5. При сливането двете пръстени имат по два въглеродни атома всеки и това обяснява защо крайната структура съдържа, по-специално, 9 атома.
ПОЗИЦИЯ НА АТОМНИТЕ АТОМИ В ПУРИНИ И ПИРИДИДИ
За да се опрости изследването и описанието на органични молекули, органичните химици смятат да присвоят идентификационен номер на въглеродите и на всички останали атоми на поддържащите структури. Номерирането винаги започва от 1, се основава на много специфични критерии за разпределение (което в този случай е по-добре да се пропусне) и служи за установяване на позицията на всеки атом в молекулата.
За пиримидините, числените критерии за определяне определят, че двата азотни атома заемат позиция 1 и позиция 3, докато 4-те въглеродни атома се намират в позиции 2, 4, 5 и 6.
За пурините обаче, критериите за числено определяне определят, че 4 азотни атома заемат позиции 1, 3, 7 и 9, докато 5 въглеродни атома се намират в позиции 2, 4, 5, 6 и 8.
Позиция в нуклеотиди
Азотната основа на нуклеотида винаги свързва въглерода в позиция 1 на съответната пентоза чрез N-гликозидна ковалентна връзка .
По-конкретно,
- Азотните основи, получени от пиримидин, образуват N-гликозидната връзка, чрез техния азот в позиция 1 ;
- Докато азотните основи, получени от пурина, образуват N-гликозидната връзка, през техния азот в позиция 9 .
В химичната структура на нуклеотидите пентозата е централният елемент, към който са свързани азотната основа и фосфатната група.
Химичната връзка, която свързва фосфата с пентозната група, е от фосфодиестерен тип и включва кислород от фосфатната група и въглерод в позиция 5 на пентозата.
КОГА АЗОТНИТЕ ОСНОВИ ФОРМУЛЯТ НА НУКЛЕОЗИДА?
Комбинацията от азотна основа и пентоза образуват органична молекула, наречена нуклеозид .
Следователно, това е добавянето на фосфатна група, която променя нуклеозидите в нуклеотиди.
Освен това, съгласно конкретна дефиниция на нуклеотиди, тези органични съединения биха били "нуклеозиди, които имат една или повече фосфатни групи, свързани с въглерод 5 на пентозната съставка".
Организация в ДНК
ДНК, или дезоксирибонуклеинова киселина, е голяма биологична молекула, образувана от две много дълги нишки от нуклеотиди (или полинуклеотидни нишки ).
Тези полинуклеотидни влакна имат някои характеристики, които заслужават конкретен цитат, тъй като те също силно засягат азотните основи:
- Те са обединени един с друг.
- Те са ориентирани в противоположни посоки ("антипаралелни влакна").
- Те се увиват един в друг, сякаш са две спирали.
- Нуклеотидите, които ги образуват, имат такова разположение, така че азотните бази са ориентирани към централната ос на всяка спирала, докато пентозните и фосфатни групи образуват външното скеле на последната.
Единичното подреждане на нуклеотидите кара всяка азотна база на една от двете полинуклеотидни нишки да се присъедини, чрез водородни връзки, до азотна база, присъстваща в другата нишка. Следователно, това обединение създава комбинация от бази, комбинации, които биологичните и генетичните специалисти наричат сдвояване или базова двойка .
Наскоро беше заявено, че двете вериги са свързани заедно: за да се определи тяхното обединение са връзките между различните азотни бази на двете полинуклеотидни нишки.
ДОПЪЛНИТЕЛНА КОНЦЕПЦИЯ МЕЖДУ АЗОТНИТЕ БАЗИ
Изследвайки структурата на ДНК, изследователите осъзнали, че сдвояването на азотните основи е много специфично . Всъщност те забелязали, че аденинът се присъединява само към тимина, докато цитозинът се свързва само с гуанин.
В светлината на това откритие, те въвеждат термина " комплементарност между азотни бази ", за да посочат уникалността на свързването на аденин с тимин и на цитозин с гуанин.
Идентифицирането на комплементарното сдвояване между азотните основи представлява ключов камък, за да се обяснят физическите размери на ДНК и специфичната стабилност на двете полинуклеотидни нишки.
За да се даде решаващ принос за откриването на структурата на ДНК (от спираловидното навиване на двете полинуклеотидни нишки до сдвояването между допълващи се азотни бази), през 1953 г. американският биолог Джеймс Уотсън и английският биолог Франсис Крик .
С формулирането на така наречения " модел на двойна спирала ", Уотсън и Крик имаха невероятно прозрение, което представляваше епохална повратна точка в областта на молекулярната биология и генетика.
Всъщност, откриването на точната структура на ДНК направи възможно проучването и разбирането на биологичните процеси, които виждат главния герой на дезоксирибонуклеиновата киселина: от това как тя възпроизвежда или формира РНК до това как тя генерира протеини.
ОБЛИГАЦИИТЕ, КОИТО СА ЗАЕДНО КУПОНИ НА АЗОТНИ БАЗИ
Комбинирането на две азотни бази в молекулата на ДНК, образуващи допълващо сдвояване, е поредица от химически връзки, известни като водородни връзки .
Аденинът и тиминът взаимодействат помежду си посредством две водородни връзки, докато гуанинът и цитозинът чрез три водородни връзки.
КАКЪВ МНОГО КУПОНИ ОТ НИТОТНИ БАЗИ СЪДЪРЖА МОЛЕКУЛ НА ЧОВЕШКАТА ДНК?
Генерична човешка ДНК молекула съдържа около 3, 3 милиарда азотни базови двойки, които са около 3, 3 милиарда нуклеотида на верига.
Фигура: химично взаимодействие между аденин и тимин и между гуанин и цитозин. Читателят може да забележи позицията и броя на водородните връзки, които държат заедно азотните бази на две полинуклеотидни нишки.
Организация в РНК
За разлика от ДНК, РНК, или рибонуклеинова киселина, е нуклеинова киселина, обикновено съставена от единична нуклеотидна верига.
Следователно азотните основи, които го съставляват, са "несдвоени".
Обаче трябва да се отбележи, че липсата на верига на азотни основи не изключва възможността азотните бази на РНК да съвпадат с тези на ДНК.
С други думи, азотните основи на една РНК-нишка могат да бъдат сдвоени, съгласно законите на комплементарността между азотни бази, точно както азотните бази на ДНК.
Допълнителното свързване между азотните бази на две различни РНК молекули е в основата на важния процес на протеинов синтез (или синтез на протеин ).
УРАКИЛЪТ ЗАМЯВА ТИМИНА
В РНК урацил замества тимина на ДНК не само в структурата, но и в комплементарното сдвояване: всъщност, азотната основа, която се свързва специфично с аденина, когато две различни РНК молекули се появяват по функционални причини.
Биологична роля
Експресията на гените зависи от последователността на азотните бази, присъединени към нуклеотидите на ДНК. Гените са повече или по-малко дълги сегменти от ДНК (следователно нуклеотидни сегменти), които съдържат информацията, необходима за синтеза на протеини. Съставени от аминокиселини, протеините са биологични макромолекули, които играят основна роля в регулирането на клетъчните механизми на организма.
Последователността на азотните бази на даден ген определя аминокиселинната последователност на свързания протеин.
