Общность
Основания азота представляют собой ароматические гетероциклические органические соединения, содержащие атомы азота, которые участвуют в образовании нуклеотидов.
Плод соединения азотистого основания, пентозы (т.е. сахара с 5 атомами углерода) и фосфатной группы, нуклеотиды являются молекулярными единицами, которые составляют ДНК и РНК нуклеиновых кислот.
В ДНК азотистыми основаниями являются: аденин, гуанин, цитозин и тимин; в «РНК» они такие же, за исключением тимина, вместо которого «с» - азотистое основание, называемое урацилом.
В отличие от таковых РНК, азотистые основания ДНК образуют пары или пары оснований. Наличие такого спаривания возможно, потому что ДНК имеет двухцепочечную структуру нуклеотидов.
Экспрессия гена зависит от последовательности азотистых оснований, присоединенных к нуклеотидам ДНК.
Что такое азотистые основания?
Основания азота - это органические молекулы, содержащие азот, которые участвуют в образовании нуклеотидов.
Образуемые азотистым основанием, 5-углеродным сахаром (пентозой) и фосфатной группой, нуклеотиды являются молекулярными единицами, которые составляют ДНК и РНК нуклеиновых кислот.
ДНК и РНК нуклеиновых кислот - это биологические макромолекулы, от которых зависит развитие и правильное функционирование клеток живого существа.
АЗОТНЫЕ ОСНОВЫ ЯДЕРНЫХ КИСЛОТ
Азотистые основания, из которых состоят нуклеиновые кислоты ДНК и РНК: аденин, гуанин, цитозин, тимин и урацил.
Аденин, гуанин и цитозин являются общими для обеих нуклеиновых кислот, т.е. они являются частью как нуклеотидов ДНК, так и нуклеотидов РНК. Тимин используется только в ДНК, а урацил - только в РНК.
Таким образом, вкратце, азотистые основания, образующие нуклеиновую кислоту (будь то ДНК или РНК), относятся к 4 различным типам.
СОКРАЩЕНИЯ АЗОТНЫХ ОСНОВ
Химики и биологи сочли целесообразным сократить названия азотистых оснований одной буквой алфавита, чтобы упростить и ускорить представление и описание нуклеиновых кислот в текстах.
L "аденин совпадает с заглавной буквой A; гуанин с заглавной буквой G; цитозин с заглавной буквой C; тимин с заглавной буквой T; наконец, l" урацил с заглавной буквой U.
Классы и структура
Есть два класса азотистых оснований: класс азотистых оснований, производных от пиримидина, и класс азотистых оснований, производных пурина.
Рисунок: общая химическая структура пиримидина и пурина.
Азотистые основания, производные от пиримидина, также известны под альтернативными названиями: пиримидиновые или пиримидиновые азотистые основания; в то время как азотистые основания, происходящие от пурина, также известны под альтернативными терминами: пуриновые или пуриновые азотистые основания.
Цитозин, тимин и урацил относятся к классу пиримидиновых азотистых оснований; аденин и гуанин, с другой стороны, составляют класс пуриновых азотистых оснований.
Примеры производных пурина, кроме азотистых оснований ДНК и РНК
Среди производных пурина есть также органические соединения, не являющиеся азотистыми основаниями ДНК и РНК, например, такие соединения, как кофеин, ксантин, гипоксантин, теобромин и мочевая кислота, попадают в указанную выше категорию.
ЧТО ТАКОЕ АЗОТНЫЕ ОСНОВЫ С ХИМИЧЕСКОЙ ТОЧКИ ЗРЕНИЯ?
Химики-органики определяют азотистые основания и все производные пурина и пиримидина как ароматические гетероциклические соединения.
- Гетероциклическое соединение представляет собой соединение с органическим кольцом (или циклическое), которое в вышеупомянутом кольце имеет один или несколько атомов, отличных от углерода. В случае пуринов и пиримидинов атомы азота, кроме углерода, являются атомами.
- Ароматическое соединение - это органическое кольцевое соединение, имеющее структурные и функциональные характеристики, аналогичные характеристикам бензола.
СОСТАВ
Рисунок: химическая структура бензола.
Химическая структура азотистых оснований, производных от пиримидина, состоит в основном из одного кольца с 6 атомами, 4 из которых являются углеродом, а 2 - азотом.
Фактически, азотистое основание пиримидина представляет собой пиримидин с одним или несколькими заместителями (т.е. одним атомом или группой атомов), связанными с одним из атомов углерода кольца.
С другой стороны, химическая структура азотистых оснований, полученных из пурина, состоит в основном из двойного кольца с 9 полными атомами, 5 из которых являются углеродом, а 4 - азотом. Вышеупомянутое двойное кольцо с 9 общими атомами происходит от слияния пиримидинового кольца (т.е. пиримидинового кольца) с имидазольным кольцом (т.е. имидазольным кольцом, другим гетероциклическим органическим соединением).
Рисунок: структура имидазола.
Как известно, пиримидиновое кольцо содержит 6 атомов; в то время как имидазольное кольцо содержит 5. При слиянии два кольца объединяют по два атома углерода каждое, и это объясняет, почему окончательная структура содержит, в частности, 9 атомов.
ПОЛОЖЕНИЕ АТОМОВ АЗОТА В ПУРИНАХ И ПИРИМИДИНАХ
Чтобы упростить изучение и описание органических молекул, химики-органики придумали присвоить идентификационный номер атомам углерода и всем другим атомам поддерживающих структур. Нумерация всегда начинается с 1, основана на очень конкретных критериях назначения (которые здесь лучше не учитывать) и служит для определения положения каждого атома в молекуле.
Для пиримидинов критерии численного отнесения устанавливают, что 2 атома азота занимают положение 1 и положение 3, а 4 атома углерода находятся в положениях 2, 4, 5 и 6.
Для пуринов, с другой стороны, критерии численного отнесения устанавливают, что 4 атома азота занимают положения 1, 3, 7 и 9, а 5 атомов углерода находятся в положениях 2, 4, 5, 6 и 8.
Положение в нуклеотидах
Азотистое основание нуклеотида всегда соединяется с углеродом в положении 1 соответствующей пентозы посредством ковалентной N-гликозидной связи.
Особенно,
- В азотистые основания, производные пиримидина они образуют N-гликозидную связь через свой азот в положении 1;
- В то время как азотистые основания, производные пурина они образуют N-гликозидную связь через свой азот в положении 9.
В химической структуре нуклеотидов пентоза представляет собой центральный элемент, с которым связываются азотистое основание и фосфатная группа.
Химическая связь, которая соединяет фосфатную группу с пентозой, относится к фосфодиэфирному типу и включает кислород фосфатной группы и углерод в положении 5 пентозы.
КОГДА АЗОТНЫЕ ОСНОВЫ ОБРАЗУЮТСЯ НУКЛЕОЗИДОМ?
Комбинация азотистого основания и пентозы образует органическую молекулу, которая получила название нуклеозида.
Следовательно, именно добавление фосфатной группы превращает нуклеозиды в нуклеотиды.
Более того, согласно конкретному определению нуклеотидов, эти органические соединения будут «нуклеозидами, которые имеют одну или несколько фосфатных групп, связанных с углеродом 5 составляющей пентозы».
Организация в ДНК
ДНК, или дезоксирибонуклеиновая кислота, представляет собой большую биологическую молекулу, состоящую из двух очень длинных цепей нуклеотидов (или полинуклеотидных цепей).
Эти полинуклеотидные филаменты обладают некоторыми характеристиками, которые заслуживают особого упоминания, поскольку они также сильно влияют на азотистые основания:
- Они объединены друг с другом.
- Они ориентированы в противоположных направлениях («антипараллельные нити»).
- Они обвивают друг друга, как две спирали.
- Составляющие их нуклеотиды имеют такое расположение, что азотистые основания ориентированы по направлению к центральной оси каждой спирали, в то время как пентозы и фосфатные группы образуют внешний каркас последней.
Особое расположение нуклеотидов приводит к тому, что каждое азотистое основание одной из двух полинуклеотидных нитей соединяется посредством водородных связей с азотистым основанием, присутствующим на другой нити. Таким образом, это соединение создает пару оснований, объединяющую эти биологические и генетические назовите это парой или базовой парой.
Poc »действительно было подтверждено, что две нити соединены вместе: для определения соединения используются связи, существующие между различными азотистыми основаниями двух полинуклеотидных нитей.
КОНЦЕПЦИЯ ДОПОЛНИТЕЛЬНОСТИ МЕЖДУ АЗОТНЫМИ ОСНОВАМИ
Изучая структуру ДНК, исследователи обнаружили, что спаривание азотистых оснований очень специфично. Фактически, они заметили, что аденин связывается только с тимином, а цитозин связывается только с гуанином.
В свете этого открытия они придумали термин «комплементарность между азотистыми основаниями», чтобы указать на однозначную связь между аденином с тимином и цитозином с гуанином.
Идентификация комплементарных пар между азотистыми основаниями представляет собой краеугольный камень для объяснения физических размеров ДНК и особой стабильности, которой обладают две полинуклеотидные цепи.
Американский биолог Джеймс Уотсон и английский биолог Фрэнсис Крик в 1953 году внесли решающий вклад в открытие структуры ДНК (от «спирального свертывания двух полинуклеотидных цепей» до образования пар между комплементарными азотистыми основаниями).
С формулировкой так называемой «модели двойной спирали» Уотсон и Крик проявили «невероятную интуицию, которая стала эпохальным поворотным моментом в области молекулярной биологии и генетики.
Фактически, открытие точной структуры ДНК позволило изучить и понять биологические процессы с участием дезоксирибонуклеиновой кислоты: от того, как РНК реплицируется или формируется, до того, как она генерирует белки.
СВЯЗЫВАЮЩИЕ ПАРЫ АЗОТНЫХ ОСНОВ ВМЕСТЕ
Чтобы объединить два азотистых основания в молекуле ДНК, образуя комплементарные пары, используется серия химических связей, известных как водородные связи.
Аденин и тимин взаимодействуют друг с другом посредством двух водородных связей, а гуанин и цитозин посредством трех водородных связей.
СКОЛЬКО ПАР АЗОТНЫХ ОСНОВ СОДЕРЖИТ МОЛЕКУЛУ ДНК ЧЕЛОВЕКА?
Общая молекула ДНК человека содержит около 3,3 миллиарда пар азотистых оснований, что составляет около 3,3 миллиарда нуклеотидов на цепь.
Рисунок: химическое взаимодействие между аденином и тимином, а также между гуанином и цитозином. Читатель может отметить положение и количество водородных связей, которые удерживают вместе азотистые основания двух полинуклеотидных цепей.
Организация в РНК
В отличие от ДНК, РНК или рибонуклеиновая кислота - это нуклеиновая кислота, которая обычно состоит из одной цепи нуклеотидов.
Следовательно, азотистые основания, составляющие его, являются «непарными».
Однако следует отметить, что отсутствие комплементарной цепи азотистых оснований не исключает возможности того, что азотистые основания РНК могут образовывать пары, как в ДНК.
Другими словами, азотистые основания одной цепи РНК могут образовывать пары в соответствии с законами комплементарности азотистых оснований, точно так же, как азотистые основания ДНК.
Комплементарное спаривание азотистых оснований двух различных молекул РНК является основой важного процесса синтеза белка (или синтеза белка).
УРАЦИЛ ЗАМЕНЯЕТ ТИМИНУ
В «РНК» урацил заменяет тимин ДНК не только в структуре, но и в комплементарном спаривании: фактически, это азотистое основание, которое специфически связывается с аденином, когда две отдельные молекулы РНК появляются для функциональной причины.
Биологическая роль
Экспрессия генов зависит от последовательности азотистых оснований, соединенных с нуклеотидами ДНК. Гены представляют собой более или менее длинные сегменты ДНК (следовательно, сегменты нуклеотидов), которые содержат информацию, необходимую для синтеза белков. Состоят из аминокислот, белки - это биологические макромолекулы, которые играют фундаментальную роль в регулировании клеточных механизмов организма.
Последовательность азотистых оснований данного гена определяет аминокислотную последовательность родственного белка.
.jpg)
