Üldisus
Lämmastikalused on aromaatsed heterotsüklilised orgaanilised ühendid, mis sisaldavad lämmastikuaatomeid ja mis osalevad nukleotiidide moodustamises.
Lämmastikku sisaldava aluse, pentoosi (st 5 süsinikuaatomiga suhkru) ja fosfaatrühma ühendi viljad, nukleotiidid on molekulaarsed ühikud, mis moodustavad nukleiinhapete DNA ja RNA.
DNA -s on lämmastikalused järgmised: adeniin, guaniin, tsütosiin ja tümiin; "RNA -s on need samad, välja arvatud tümiin, mille asemel c" on lämmastikualus, mida nimetatakse uratsiiliks.
Erinevalt RNA omadest moodustavad DNA lämmastikalused paarid või aluspaarid. Sellise sidumise olemasolu on võimalik, kuna DNA-l on kaheahelaline nukleotiidide struktuur.
Geeniekspressioon sõltub DNA nukleotiididega ühendatud lämmastikaluste järjestusest.
Mis on lämmastikku sisaldavad alused?
Lämmastikalused on lämmastikku sisaldavad orgaanilised molekulid, mis osalevad nukleotiidide koostises.
Nukleotiidid, millest igaüks koosneb lämmastikalusest, 5-süsinikusisaldusega suhkrust (pentoosist) ja fosfaatrühmast, on molekulaarsed ühikud, mis moodustavad nukleiinhapete DNA ja RNA.
Nukleiinhapped DNA ja RNA on bioloogilised makromolekulid, millest sõltub elusolendi rakkude areng ja nõuetekohane toimimine.
TUUMHAPPE LÄMMASTIALUSED
DNA ja RNA nukleiinhapped moodustavad lämmastikalused: adeniin, guaniin, tsütosiin, tümiin ja uratsiil.
Adeniin, guaniin ja tsütosiin on ühised mõlemale nukleiinhappele, st nad on osa nii DNA nukleotiididest kui ka RNA nukleotiididest. Tümiin on ainuomane DNA -le, uratsiil aga ainult RNA -le.
Lühikese kokkuvõtte tegemisel kuuluvad lämmastikalused, mis moodustavad nukleiinhappe (olgu see siis DNA või RNA), 4 erinevat tüüpi.
LÄHNEMAASTE LÜHENDID
Keemikud ja bioloogid on pidanud sobivaks lühendada lämmastikualuste nimesid ühe tähestiku tähega, mis on lihtsustanud ja kiirendanud tekstides nukleiinhapete esitamist ja kirjeldamist.
L "adeniin langeb kokku suure algustähega A; guaniin suure algustähega G; tsütosiin suure algustähega C; tümiin suure algustähega T; lõpuks l" uratsiil suure algustähega U.
Klassid ja struktuur
Lämmastikku sisaldavaid aluseid on kahte klassi: pürimidiinist pärinevate lämmastikaluste klass ja puriinist saadud lämmastikaluste klass.
Joonis: pürimidiini ja puriini üldine keemiline struktuur.
Pürimidiinist pärinevad lämmastikalused on tuntud ka alternatiivsete nimetuste all: pürimidiin või pürimidiini lämmastikalused; samas kui puriinist pärinevad lämmastikalused on tuntud ka alternatiivsete terminitega: puriin või puriinne lämmastikalus.
Tsütosiin, tümiin ja uratsiil kuuluvad pürimidiini lämmastikaluste klassi; adeniin ja guaniin moodustavad seevastu puriinsete lämmastikaluste klassi.
Näited puriini derivaatidest, v.a DNA ja RNA lämmastikalused
Puriini derivaatide hulgas on ka orgaanilisi ühendeid, mis ei ole DNA ja RNA lämmastikualused. Näiteks sellised ühendid nagu kofeiin, ksantiin, hüpoksantiin, teobromiin ja kusihape kuuluvad ülaltoodud kategooriasse.
MILLISED KEEMILISED VAADEALASED ON LÄMMASTIALUSED?
Orgaanilised keemikud määratlevad lämmastikalused ja kõik puriini ja pürimidiini derivaadid aromaatsete heterotsükliliste ühenditena.
- Heterotsükliline ühend on orgaaniline (või tsükliline) ühend, millel on ülalmainitud tsüklis üks või mitu aatomit peale süsiniku. Puriinide ja pürimidiinide puhul on lämmastikuaatomiteks muud aatomid peale süsiniku.
- Aromaatne ühend on orgaaniline tsükliühend, mille struktuurilised ja funktsionaalsed omadused on sarnased benseeniga.
STRUKTUUR
Joonis: benseeni keemiline struktuur.
Pürimidiinist saadud lämmastikaluste keemiline struktuur koosneb peamiselt ühest 6 aatomiga tsüklist, millest 4 on süsinik ja 2 lämmastikku.
Tegelikult on pürimidiini lämmastikalus pürimidiin, mille üks või mitu asendajat (st üks aatom või aatomite rühm) on seotud ühe tsükli süsinikuaatomiga.
Teisest küljest koosneb puriinist saadud lämmastikaluste keemiline struktuur peamiselt kahekordsest tsüklist, milles on kokku 9 aatomit, millest 5 on süsinik ja 4 lämmastik. Eespool nimetatud kahekordne tsükkel, milles on kokku 9 aatomit, tuleneb püridimiintsükli (st pürimidiinitsükli) sulandumisest imidasoolitsükliga (st imidasoolitsükkel, teine heterotsükliline orgaaniline ühend).
Joonis: imidasooli struktuur.
Nagu teada, sisaldab pürimidiinitsükkel 6 aatomit; samas kui imidasoolitsükkel sisaldab 5. Sulamisel panid kaks tsüklit ühiselt kaks süsinikuaatomit ja see selgitab, miks lõplik struktuur sisaldab konkreetselt 9 aatomit.
Lämmastikuaatomite asukoht PURININIS JA PÜRIMIDIINIS
Orgaaniliste molekulide uurimise ja kirjeldamise lihtsustamiseks mõtlesid orgaanilised keemikud määrata süsinikele ja kõigile teistele tugistruktuuride aatomitele identifitseerimisnumbri. Nummerdamine algab alati 1 -st, põhineb väga spetsiifilistel määramiskriteeriumidel (mis on siin parem välja jätta) ja aitab määrata iga aatomi positsiooni molekulis.
Pürimidiinide puhul määravad numbrilised omistamiskriteeriumid, et 2 lämmastikuaatomit asuvad 1. ja 3. positsioonis, 4 süsinikuaatomit aga 2., 4., 5. ja 6. positsioonis.
Seevastu puriinide puhul määravad numbrilised omistamiskriteeriumid, et 4 lämmastikuaatomit on positsioonidel 1, 3, 7 ja 9, 5 süsinikuaatomit aga positsioonidel 2, 4, 5, 6 ja 8.
Asend nukleotiidides
Nukleotiidi lämmastikalus liitub alati kovalentse N-glükosiidsideme kaudu vastava pentoosi positsioonis 1 oleva süsinikuga.
Eriti,
- The lämmastikalused, mis pärinevad pürimidiinist nad moodustavad N-glükosiidsideme oma lämmastiku kaudu asendis 1;
- Samal ajal kui puriinist pärinevad lämmastikalused nad moodustavad oma lämmastiku kaudu asendis 9 N-glükosiidsideme.
Nukleotiidide keemilises struktuuris kujutab pentoos keskset elementi, millega lämmastikalus ja fosfaatrühm seonduvad.
Keemiline side, mis ühendab fosfaatrühma pentoosiga, on fosfodiesteri tüüpi ja hõlmab fosfaatrühma hapnikku ja pentoosi 5. positsiooni süsinikku.
MILLAL Moodustavad lämmastikualused nukleosiidi?
Lämmastikku sisaldava aluse ja pentoosi kombinatsioon moodustab orgaanilise molekuli, mis kannab nukleosiidi nime.
Seega muudab fosfaatrühma lisamine nukleosiidid nukleotiidideks.
Veelgi enam, nukleotiidide konkreetse määratluse kohaselt oleksid need orgaanilised ühendid "nukleosiidid, millel on üks või mitu fosfaatrühma, mis on seotud pentoosi süsiniku 5".
Organisatsioon DNA -s
DNA ehk desoksüribonukleiinhape on suur bioloogiline molekul, mis koosneb kahest väga pikast nukleotiidide ahelast (või polünukleotiidi ahelast).
Nendel polünukleotiidfilamentidel on mõned omadused, mis väärivad erilist tähelepanu, kuna need mõjutavad tihedalt ka lämmastikaluseid:
- Nad on omavahel ühendatud.
- Need on suunatud vastassuundadesse ("paralleelsed hõõgniidid").
- Nad mässivad üksteise ümber, nagu oleksid need kaks spiraali.
- Neid moodustavatel nukleotiididel on selline paigutus, nii et lämmastikalused on suunatud iga spiraali keskteljele, pentoosid ja fosfaatrühmad aga moodustavad viimase välimise tellingud.
Nukleotiidide ainsuse paigutus paneb ühe kahest polünukleotiidniidist ühe lämmastikku sisaldava aluse liituma vesiniksidemete kaudu teise hõõgniidi lämmastikualusega. Seetõttu loob see liit aluste sidumise, mis seob bioloogilised ja geneetikud nimetage seda sidumiseks või baaspaariks.
Poc "tõepoolest, on kinnitatud, et need kaks kiudu on omavahel ühendatud: liidu määramiseks määratakse sidemed kahe polünukleotiidniidi erinevate lämmastikaluste vahel.
LÄmmastikualuste vahelise täiendavuse kontseptsioon
DNA struktuuri uurides leidsid teadlased, et lämmastikualuste sidumine on väga spetsiifiline. Tegelikult märkasid nad, et adeniin seostub ainult tümiiniga, tsütosiin aga ainult guaniiniga.
Selle avastuse valguses võtsid nad kasutusele termini „lämmastikualuste vaheline komplementaarsus”, et näidata ühesugust sidet adeniini ja tümiini ning tsütosiini ja guaniini vahel.
Lämmastikualuste vahelise komplementaarse sidumise tuvastamine kujutas endast võtmekivi, selgitamaks DNA füüsikalisi mõõtmeid ja kahe polünukleotiidi ahela erilist stabiilsust.
Ameerika bioloog James Watson ja inglise bioloog Francis Crick andsid 1953. aastal otsustava panuse DNA struktuuri avastamisse (alates "kahe polünukleotiidi ahela spiraalkeerumisest" kuni üksteist täiendavate lämmastikaluste sidumiseni).
Nn "topeltheeliksi mudeli" sõnastamisel oli Watsonil ja Crickil "uskumatu intuitsioon, mis kujutas endast epohhilist murdepunkti molekulaarbioloogia ja geneetika valdkonnas.
Tegelikult võimaldas DNA täpse struktuuri avastamine uurida ja mõista desoksüribonukleiinhapet hõlmavaid bioloogilisi protsesse: alates sellest, kuidas RNA replitseerub või moodustub kuni valkude genereerimiseni.
SIDEMED, MIDA SIDUVAD KOOS LÄMMASTIALUSTE PAARID
Kahe lämmastikaluse ühendamiseks DNA molekulis, moodustades komplementaarsed paarid, on rida keemilisi sidemeid, mida nimetatakse vesiniksidemeteks.
Adeniin ja tümiin interakteeruvad üksteisega kahe vesiniksideme abil, guaniin ja tsütosiin aga kolme vesiniksideme abil.
MITU PAARI LÄMMASTIALUSTE SISALDAB INIMNE DNA MOLEKUL?
Üldine inimese DNA molekul sisaldab umbes 3,3 miljardit lämmastikku sisaldavat aluspaari, mis on umbes 3,3 miljardit nukleotiidi ahela kohta.
Joonis: keemiline koostoime adeniini ja tümiini ning guaniini ja tsütosiini vahel. Lugeja saab tähele panna vesiniksidemete asukohta ja arvu, mis hoiavad koos kahe polünukleotiidi ahela lämmastikaluseid.
Organisatsioon RNA -s
Erinevalt DNA -st on RNA või ribonukleiinhape nukleiinhape, mis koosneb tavaliselt ühest nukleotiidide ahelast.
Seetõttu on lämmastiku alused, mis seda moodustavad, "paaritamata".
Siiski tuleb märkida, et komplementaarse lämmastikku sisaldava alusahela puudumine ei välista võimalust, et RNA lämmastikalused võivad siduda end DNA -ga.
Teisisõnu, ühe RNA ahela lämmastikalused võivad siduda vastavalt lämmastikaluste omavahelise komplementaarsuse seadustele, täpselt nagu DNA lämmastikalused.
Täiendav sidumine kahe erineva RNA molekuli lämmastikaluste vahel on olulise valgu sünteesi (või valgu sünteesi) protsessi alus.
URACILE asendab TIMINA
"RNA -s" asendab uratsiil DNA tümiini mitte ainult struktuuris, vaid ka komplementaarses sidumises: tegelikult seostub adeniiniga spetsiifiliselt lämmastikualus, kui funktsionaalse funktsionaalsuse saavutamiseks ilmuvad kaks erinevat RNA molekuli põhjustel.
Bioloogiline roll
Geenide ekspressioon sõltub DNA nukleotiididega ühendatud lämmastikaluste järjestusest. Geenid on enam -vähem pikad DNA segmendid (seega nukleotiidide segmendid), mis sisaldavad valkude sünteesiks vajalikku teavet. Koosneb aminohapetest, valgud on need bioloogilised makromolekulid, millel on oluline roll organismi rakumehhanismide reguleerimisel.
Antud geeni lämmastikku sisaldav alusjärjestus määrab seotud valgu aminohappejärjestuse.
