γενικότητα
Οι αζωτούχες βάσεις είναι αρωματικές ετεροκυκλικές οργανικές ενώσεις, που περιέχουν άτομα αζώτου, που συμμετέχουν στον σχηματισμό νουκλεοτιδίων.
Τα φρούτα της ένωσης μιας αζωτούχου βάσης, μιας πεντόζης (δηλ. Μια ζάχαρη με 5 άτομα άνθρακα) και μιας φωσφορικής ομάδας, νουκλεοτίδια είναι οι μοριακές μονάδες που αποτελούν το DNA και το RNA των νουκλεϊνικών οξέων.
Στο DNA, οι αζωτούχες βάσεις είναι: αδενίνη, γουανίνη, κυτοσίνη και θυμίνη. στο RNA, είναι τα ίδια, εκτός από την θυμίνη, στον τόπο της οποίας υπάρχει μια αζωτούχος βάση που ονομάζεται ουρακίλη.
Σε αντίθεση με αυτές του RNA, οι αζωτούχες βάσεις του DNA σχηματίζουν ζεύγη ζευγαρώματος ή βάσεων. Η παρουσία αυτών των ζεύξεων είναι δυνατή επειδή το DNA έχει δομή νουκλεοτιδίων διπλής έλικος.
Η γονιδιακή έκφραση εξαρτάται από την αλληλουχία των αζωτούχων βάσεων σε συνδυασμό με τα νουκλεοτίδια DNA.
Τι είναι οι αζωτούχες βάσεις;
Οι αζωτούχες βάσεις είναι τα οργανικά μόρια, που περιέχουν άζωτο, τα οποία συμμετέχουν στον σχηματισμό νουκλεοτιδίων .
Κάθε μία που σχηματίζεται από μια αζωτούχο βάση, ένα σάκχαρο με 5 άτομα άνθρακα (πεντόζη) και μια φωσφορική ομάδα, τα νουκλεοτίδια είναι οι μοριακές μονάδες που αποτελούν το DNA και το RNA των νουκλεϊνικών οξέων .
Τα DNA και το RNA των νουκλεϊνικών οξέων είναι τα βιολογικά μακρομόρια στα οποία εξαρτάται η ανάπτυξη και η σωστή λειτουργία των κυττάρων ενός ζωντανού ατόμου.
ΒΑΣΕΙΣ ΝΑΤΡΙΚΟΥ ΟΞΕΟΣ ΑΖΩΤΟΥ
Οι αζωτούχες βάσεις που αποτελούν το DNA και το RNA των νουκλεϊνικών οξέων είναι: αδενίνη, γουανίνη, κυτοσίνη, θυμίνη και ουρακίλη .
Η αδενίνη, η γουανίνη και η κυτοσίνη είναι κοινά και στα δύο νουκλεϊνικά οξέα, δηλαδή είναι μέρος τόσο των νουκλεοτιδίων DNA όσο και των νουκλεοτιδίων RNA. Το Thymine είναι αποκλειστικό για το DNA, ενώ η ουρακίλη είναι αποκλειστικά RNA .
Κάνοντας μια σύντομη περίληψη, τότε, οι αζωτούχες βάσεις που σχηματίζουν ένα νουκλεϊκό οξύ (είτε DNA είτε RNA) ανήκουν σε 4 διαφορετικούς τύπους.
ΠΕΡΙΓΡΑΦΕΣ ΒΑΣΗΣ ΑΖΩΤΟΥ
Οι χημικοί και οι βιολόγοι θεώρησαν σκόπιμο να συντομεύσουν τα ονόματα των αζωτούχων βάσεων με ένα μόνο γράμμα του αλφαβήτου. Με αυτόν τον τρόπο, έχουν κάνει την αντιπροσώπευση και την περιγραφή των νουκλεϊκών οξέων στα κείμενα ευκολότερη και ταχύτερη.
Η αδενίνη συμπίπτει με τα κεφαλαία γράμματα Α. η γουανίνη με το κεφαλαίο γράμμα G. κυτοσίνη με κεφαλαίο γράμμα C, η θυμίνη με τα κεφαλαία γράμματα Τ. τέλος, η ουρακίλη με το κεφαλαίο γράμμα U.
Τάξεις και δομή
Υπάρχουν δύο κατηγορίες αζωτούχων βάσεων: η κατηγορία των αζωτούχων βάσεων που προέρχονται από την πυριμιδίνη και την κατηγορία των αζωτούχων βάσεων που προέρχονται από το πουρίνη .
Σχήμα: γενική χημική δομή μιας πυριμιδίνης και μιας πουρίνης.
Οι αζωτούχες βάσεις που προέρχονται από την πυριμιδίνη είναι επίσης γνωστές με τα εναλλακτικά ονόματα: αζωτούχων βάσεων πυριμιδίνης ή πυριμιδίνης, ενώ οι αζωτούχες βάσεις που προέρχονται από την πουρίνη είναι επίσης γνωστές με τις εναλλακτικές λέξεις: αζωτούχων βάσεων πουρίνης ή πουρίνης .
Η κυτοσίνη, η θυμίνη και η ουρακίλη ανήκουν στην κατηγορία των αζωτούχων βάσεων πυριμιδίνης. η αδενίνη και η γουανίνη, από την άλλη πλευρά, αποτελούν την κατηγορία των αζωτούχων βάσεων πουρίνης.
Παραδείγματα παραγώγων πουρίνης, εκτός από τις βάσεις αζώτου του DNA και του RNA
Μεταξύ των παραγώγων πουρίνης υπάρχουν επίσης οργανικές ενώσεις που δεν είναι αζωτούχες βάσεις DNA και RNA. Για παράδειγμα, ενώσεις όπως η καφεΐνη, η ξανθίνη, η υποξανθίνη, η θεοβρωμίνη και το ουρικό οξύ εμπίπτουν στην κατηγορία αυτή.
ΤΙ ΕΙΝΑΙ ΑΖΩΤΕΣ ΒΑΣΕΙ ΤΗΣ ΧΗΜΙΚΗΣ ΘΕΩΡΙΑΣ;
Οι οργανικοί χημικοί ορίζουν τις αζωτούχες βάσεις και όλα τα παράγωγα πουρίνης και πυριμιδίνης ως ετεροκυκλικές αρωματικές ενώσεις .
- Μία ετεροκυκλική ένωση είναι μια οργανική ένωση δακτυλίου (ή κυκλική) η οποία, στον προαναφερθέντα δακτύλιο, έχει ένα ή περισσότερα άτομα διαφορετικά από τον άνθρακα. Στην περίπτωση πουρινών και πυριμιδινών, άτομα διαφορετικά από τον άνθρακα είναι άτομα αζώτου.
- Μια αρωματική ένωση είναι μια οργανική ένωση σχήματος δακτυλίου που έχει δομικά και λειτουργικά χαρακτηριστικά όμοια με εκείνα του βενζολίου.
ΔΟΜΗ
Σχήμα: χημική δομή του βενζολίου.
Η χημική δομή των αζωτούχων βάσεων που προέρχονται από την πυριμιδίνη συνίσταται, κυρίως, σε ένα μόνο δακτύλιο με 6 άτομα, 4 από τα οποία είναι άνθρακες και 2 από τα οποία είναι άζωτο.
Στην πραγματικότητα, μία αζωτούχος βάση πυριμιδίνης είναι μια πυριμιδίνη με έναν ή περισσότερους υποκαταστάτες (δηλαδή ένα μόνο άτομο ή μια ομάδα ατόμων) δεσμευμένο σε ένα από τα άτομα άνθρακα του δακτυλίου.
Αντίθετα, η χημική δομή των αζωτούχων βάσεων που προέρχονται από την πουρίνη αποτελείται κυρίως από ένα διπλό δακτύλιο με 9 συνολικά άτομα, εκ των οποίων 5 είναι άνθρακες και 4 από τα οποία είναι άζωτο. Ο προαναφερθείς διπλός δακτύλιος με 9 ολικά άτομα προέρχεται από τη σύντηξη ενός πυριδιμινικού δακτυλίου (δηλ. Του δακτυλίου πυριμιδίνης) με έναν δακτύλιο ιμιδαζολίου (δηλαδή τον δακτύλιο ιμιδαζόλης, μια άλλη οργανική ετεροκυκλική ένωση).
Σχήμα: δομή ιμιδαζόλης.
Όπως είναι γνωστό, ο δακτύλιος πυριμιδίνης περιέχει 6 άτομα. ενώ ο δακτύλιος ιμιδαζόλης περιέχει 5. Με σύντηξη, οι δύο δακτύλιοι μοιράζονται δύο άτομα άνθρακα το καθένα και αυτό εξηγεί γιατί η τελική δομή περιέχει, συγκεκριμένα, 9 άτομα.
ΤΟΠΟΘΕΤΗΣΗ ΑΤΟΜΩΝ ΑΖΩΤΟΥ ΣΤΟ ΠΟΥΡΙΝΟ ΚΑΙ ΠΥΡΙΜΙΔΙΝΗ
Για να απλουστευθεί η μελέτη και η περιγραφή των οργανικών μορίων, οι οργανικοί χημικοί έχουν σκεφτεί να αναθέσουν έναν αριθμό ταυτοποίησης στους άνθρακες και σε όλα τα άλλα άτομα των υποστηρικτικών δομών. Η αρίθμηση ξεκινά πάντοτε από το 1, βασίζεται σε πολύ συγκεκριμένα κριτήρια ταξινόμησης (τα οποία, εδώ, είναι καλύτερα να παραλείψουμε) και χρησιμεύει για να καθορίσουμε τη θέση κάθε ατόμου μέσα στο μόριο.
Για τις πυριμιδίνες, τα αριθμητικά κριτήρια ταξινόμησης καταδεικνύουν ότι τα 2 άτομα αζώτου καταλαμβάνουν τη θέση 1 και τη θέση 3, ενώ τα 4 άτομα άνθρακα βρίσκονται στις θέσεις 2, 4, 5 και 6.
Για τα πουρίνες, από την άλλη πλευρά, τα αριθμητικά κριτήρια ταξινόμησης δηλώνουν ότι τα 4 άτομα αζώτου καταλαμβάνουν τις θέσεις 1, 3, 7 και 9, ενώ τα 5 άτομα άνθρακα βρίσκονται στις θέσεις 2, 4, 5, 6 και 8.
Θέση σε νουκλεοτίδια
Η αζωτούχος βάση ενός νουκλεοτιδίου συνδέεται πάντοτε με τον άνθρακα στη θέση 1 της αντίστοιχης πεντόζης, μέσω ενός ομοιοπολικού Ν-γλυκοσιδικού δεσμού .
Συγκεκριμένα,
- Οι αζωτούχες βάσεις που προέρχονται από την πυριμιδίνη σχηματίζουν τον Ν-γλυκοσιδικό δεσμό, μέσω του αζώτου τους στη θέση 1,
- Ενώ οι αζωτούχες βάσεις που προέρχονται από την πουρίνη σχηματίζουν τον Ν-γλυκοσιδικό δεσμό, μέσω του αζώτου τους στη θέση 9 .
Στη χημική δομή των νουκλεοτιδίων, η πεντόζη αντιπροσωπεύει το κεντρικό στοιχείο, στο οποίο δεσμεύεται η αζωτούχος βάση και η φωσφορική ομάδα.
Ο χημικός δεσμός που συνδέει την φωσφορική ομάδα με την πεντόζη είναι τύπου φωσφοδιεστέρα και περιλαμβάνει ένα οξυγόνο της φωσφορικής ομάδας και τον άνθρακα στη θέση 5 της πεντόζης.
ΠΟΤΕ Η ΒΑΣΗ ΤΗΣ ΑΖΟΤΗΣ ΜΠΟΡΕΙ ΝΑ ΕΙΝΑΙ ΝΟΥΚΛΕΟΣΙΔΙΟ;
Ο συνδυασμός μιας αζωτούχου βάσης και μιας πεντόζης σχηματίζει ένα οργανικό μόριο που παίρνει το όνομα του νουκλεοσιδίου .
Έτσι, είναι η προσθήκη της φωσφορικής ομάδας που αλλάζει νουκλεοζίτες σε νουκλεοτίδια.
Επιπλέον, σύμφωνα με έναν συγκεκριμένο ορισμό των νουκλεοτιδίων, αυτές οι οργανικές ενώσεις θα είναι "νουκλεοζίτες που έχουν μία ή περισσότερες φωσφορικές ομάδες συνδεδεμένες στον άνθρακα 5 της συστατικής πεντόζης".
Οργάνωση στο DNA
Το DNA ή το δεοξυριβονουκλεϊνικό οξύ είναι ένα μεγάλο βιολογικό μόριο, το οποίο σχηματίζεται από δύο πολύ μεγάλους κλώνους νουκλεοτιδίων (ή νήματα πολυνουκλεοτιδίου ).
Αυτά τα νήματα πολυνουκλεοτιδίου έχουν ορισμένα χαρακτηριστικά, τα οποία αξίζουν μια ιδιαίτερη αναφορά επειδή σχετίζονται στενά με τις αζωτούχες βάσεις:
- Συνενώνονται.
- Είναι προσανατολισμένες σε αντίθετες κατευθύνσεις ("αντιπαράλληλα νημάτια").
- Συμπλέκονται μεταξύ τους, σαν να ήταν δύο σπείρες.
- Τα νουκλεοτίδια που τα συνθέτουν έχουν τέτοια διάθεση ώστε οι αζωτούχες βάσεις να είναι προσανατολισμένες προς τον κεντρικό άξονα κάθε σπείρας, ενώ οι πεντόζες και οι φωσφορικές ομάδες σχηματίζουν το εξωτερικό σκαλωσιά του τελευταίου.
Η μοναδική διάταξη των νουκλεοτιδίων προκαλεί κάθε αζωτούχο βάση ενός από τα δύο νήματα πολυνουκλεοτιδίου να ενώνονται μέσω δεσμών υδρογόνου προς μία αζωτούχο βάση που υπάρχει στο άλλο νήμα. Αυτή η ένωση, συνεπώς, δημιουργεί ένα συνδυασμό βάσεων, συνδυασμών που οι βιολογικοί και οι γενετιστές ονομάζουν ζεύγος ή ένα ζεύγος βάσεων .
Έχει αναφερθεί παραπάνω ότι τα δύο νημάτια συνδέονται μεταξύ τους: είναι οι δεσμοί μεταξύ των διαφόρων αζωτούχων βάσεων των δύο νηματίων πολυνουκλεοτιδίων που καθορίζουν την ένωση τους.
ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΣΥΜΠΛΗΡΩΜΑΤΙΚΩΝ ΜΕΤΑΞΥ ΒΑΣΙΚΩΝ ΒΑΣΕΩΝ
Μελετώντας τη δομή του DNA, οι ερευνητές συνειδητοποίησαν ότι η σύζευξη των αζωτούχων βάσεων είναι ιδιαίτερα συγκεκριμένη . Στην πραγματικότητα, παρατήρησαν ότι η αδενίνη συνδέεται μόνο με θυμίνη, ενώ η κυτοσίνη δεσμεύεται μόνο με γουανίνη.
Υπό το φως αυτής της ανακάλυψης, έφεραν τον όρο " συμπληρωματικότητα μεταξύ αζωτούχων βάσεων ", για να δείξουν τη μονοσήμαντη σύνδεση της αδενίνης με θυμίνη και της κυτοσίνης με γουανίνη.
Η αναγνώριση του συμπληρωματικού συνδυασμού μεταξύ των αζωτούχων βάσεων ήταν το κλειδί για την εξήγηση των φυσικών διαστάσεων του DNA και της ιδιαίτερης σταθερότητας που απολαμβάνουν τα δύο νήματα πολυνουκλεοτιδίου.
Μια αποφασιστική συμβολή στην ανακάλυψη της δομής DNA (από την σπειροειδή περιέλιξη των δύο πολυνουκλεοτιδικών κλώνων στη σύζευξη συμπληρωματικών αζωτούχων βάσεων) δόθηκε από τον αμερικανικό βιολόγο James Watson και τον αγγλικό βιολόγο Francis Crick το 1953.
Με τη διατύπωση του λεγόμενου " μοντέλου διπλής έλικας ", ο Watson και ο Crick είχαν μια απίστευτη διαίσθηση, η οποία αντιπροσώπευε μια εποχική καμπή στον τομέα της μοριακής βιολογίας και της γενετικής.
Στην πραγματικότητα, η ανακάλυψη της ακριβούς δομής του DNA κατέστησε δυνατή τη μελέτη και κατανόηση των βιολογικών διεργασιών που βλέπουν το δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ ως πρωταγωνιστή: από το πώς το RNA αναδιπλασιάζεται ή διαμορφώνεται στο πώς παράγει πρωτεΐνες.
Οι δεσμοί που συγκρατούν τους πόλους των πνευμονικών βάσεων
Η ένωση δύο αζωτούχων βάσεων σε ένα μόριο ϋΝΑ, που σχηματίζει το συμπληρωματικό ζεύγος, είναι μια σειρά χημικών δεσμών, γνωστών ως δεσμοί υδρογόνου .
Η αδενίνη και η θυμίνη αλληλεπιδρούν μεταξύ τους μέσω δύο δεσμών υδρογόνου, ενώ η γουανίνη και η κυτοσίνη μέσω τριών δεσμών υδρογόνου.
ΠΟΤΕ ΠΟΛΛΕΣ ΣΥΝΔΕΣΕΙΣ ΒΑΣΗΣ ΑΖΩΤΗΣ ΠΕΡΙΕΧΟΥΝ ΑΝΘΡΩΠΙΝΟ ΜΟΡΙΑΚΟ DNA;
Ένα γενικό μόριο ανθρώπινου ϋΝΑ περιέχει περίπου 3, 3 δισεκατομμύρια βασικά ζεύγη αζώτου, τα οποία είναι περίπου 3, 3 δισεκατομμύρια νουκλεοτίδια ανά νήμα.
Σχήμα: χημική αλληλεπίδραση μεταξύ αδενίνης και θυμίνης και μεταξύ γουανίνης και κυτοσίνης. Ο αναγνώστης μπορεί να σημειώσει τη θέση και τον αριθμό των δεσμών υδρογόνου που συγκρατούν τις αζωτούχες βάσεις δύο πολυνουκλεοτιδικών νηματίων.
Οργάνωση στο RNA
Σε αντίθεση με το DNA, το RNA ή το ριβονουκλεϊνικό οξύ, είναι ένα νουκλεϊνικό οξύ που αποτελείται συνήθως από έναν μόνο κλώνο νουκλεοτιδίων.
Επομένως, οι αζωτούχες βάσεις που το συνθέτουν είναι «μη ζευγαρωμένες».
Ωστόσο, πρέπει να επισημανθεί ότι η έλλειψη ενός συμπληρωματικού αζωτούχου κλώνου βάσης δεν αποκλείει την πιθανότητα ότι οι RNA αζωτούχες βάσεις μπορεί να εμφανίζονται σαν αυτές του DNA.
Με άλλα λόγια, οι αζωτούχες βάσεις ενός απλού νήματος RNA μπορούν να ταιριάξουν, σύμφωνα με τους νόμους της συμπληρωματικότητας μεταξύ των αζωτούχων βάσεων, ακριβώς όπως οι αζωτούχες βάσεις του DNA.
Ο συμπληρωματικός συνδυασμός μεταξύ των αζωτούχων βάσεων δύο διαφορετικών μορίων RNA αποτελεί τη βάση της σημαντικής διαδικασίας της πρωτεϊνικής σύνθεσης (ή της πρωτεϊνικής σύνθεσης ).
Το URACILE αντικαθιστά την TIMINA
Στο RNA, η ουρακίλη αντικαθιστά το DNA θυμίνη όχι μόνο στη δομή, αλλά και σε συμπληρωματική σύζευξη: στην πραγματικότητα, είναι η αζωτούχος βάση που δεσμεύεται ειδικά με αδενίνη, όταν εμφανίζονται δύο διακριτά μόρια RNA για λειτουργικούς λόγους.
Βιολογικός ρόλος
Η έκφραση των γονιδίων εξαρτάται από την αλληλουχία των αζωτούχων βάσεων που συνδέονται με τα νουκλεοτίδια του ϋΝΑ. Τα γονίδια είναι περισσότερο ή λιγότερο μακρά τμήματα του DNA (δηλαδή τμήματα νουκλεοτιδίων), τα οποία περιέχουν τις απαραίτητες πληροφορίες για τη σύνθεση πρωτεϊνών. Αποτελείται από αμινοξέα, οι πρωτεΐνες είναι βιολογικά μακρομόρια, τα οποία παίζουν βασικό ρόλο στη ρύθμιση των κυτταρικών μηχανισμών ενός οργανισμού.
Η αλληλουχία των αζωτούχων βάσεων ενός δεδομένου γονιδίου προσδιορίζει την αλληλουχία αμινοξέων της σχετικής πρωτεΐνης.
