Kväve baser hur de kompisar, klassificerar och funktioner



den kvävebaser de är organiska föreningar med heterocyklisk form, rik på kväve. De är en del av de strukturella blocken av nukleinsyror och andra molekyler av biologiskt intresse, såsom nukleosider, dinucleotider och intracellulära budbärare. Med andra ord är kvävebaserna en del av enheterna som bildar nukleinsyrorna (RNA och DNA) och de andra nämnda molekylerna.

Det finns två huvudgrupper av kvävebaser: purinbaser eller puriner och pyrimidinbaser eller pyrimidiner. Den första gruppen innefattar adenin och guanin, medan tymin, cytosin och uracil är pyrimidinbaser. Generellt betecknas dessa baser med deras första bokstav: A, G, T, C och U.

DNA-blocken är A, G, T och C. I denna ordering av baser kodifieras all nödvändig information för konstruktion och utveckling av en levande organism. I RNA är komponenterna desamma, bara att T ersätts av U.

index

  • 1 Struktur och klassificering
    • 1.1 Ring av pyrimidiner
    • 1,2 Purinring
  • 2 Egenskaper av kvävebaser
    • 2.1 Aromaticitet
    • 2.2 Absorption av UV-ljus
    • 2.3 Löslighet i vatten
  • 3 kvävebaser av biologiskt intresse
  • 4 hur mager de sig?
    • 4.1 Chargaff-regeln
  • 5 funktioner
    • 5.1 Strukturella block av nukleinsyror
    • 5.2 Strukturella block av nukleosidtrifosfaterna
    • 5.3 Autacoid
    • 5.4 Strukturella block av regleringselement
    • 5.5 Strukturella block av koenzymer
  • 6 referenser

Struktur och klassificering

De kvävebaserade baserna är platta molekyler, av den aromatiska och heterocykliska typen, vilka vanligtvis härrör från puriner eller pyrimidiner..

Ring av pyrimidiner

Ringen av pyrimidiner är heterocykliska aromatiska ringar med sex medlemmar och två kväveatomer. Atomerna är numrerade i följd medurs.

Purinring

Purinringen består av ett två-ringsystem: en är strukturellt lik pyrimidinringen och en annan som liknar imidazolringen. Dessa nio atomer fusioneras i en enda ring.

Ringen av pyrimidinerna är ett platt system, medan purinerna avviker lite från detta mönster. Ett litet veck eller rynk har rapporterats mellan imidazolringen och pyrimidinringen..

Egenskaper hos kvävebaser

aromaticitet

I organisk kemi, a aromatisk ring den definieras som en molekyl vars elektroner av dubbelbindningarna har fri cirkulation inom den cykliska strukturen. Rörligheten hos elektronerna i ringen ger stabilitet till molekylen - om vi jämför det med samma molekyl - men med elektronerna som är fasta i dubbelbindningarna.

Det här ringsystemets aromatiska natur ger dem möjlighet att uppleva ett fenomen som kallas keto-enol tautomería.

Det vill säga puriner och pyrimidiner finns i tautomera par. Keto-tautomerer är dominerande vid neutralt pH för uracil-, tymin- och guaninbaserna. I motsats härtill är enolformen dominerande för cytosin vid neutralt pH. Denna aspekt är grundläggande för bildandet av vätebroar mellan baserna.

Absorption av UV-ljus

En annan egenskap hos puriner och pyrimidiner är deras förmåga att starkt absorbera ultraviolett ljus (UV-ljus). Detta absorptionsmönster är en direkt följd av aromaticiteten hos dess heterocykliska ringar.

Absorptionsspektret har ett maximum nära 260 nm. Forskare använder detta mönster för att kvantifiera mängden DNA i sina prover.

Löslighet i vatten

Tack vare den starka aromatiska karaktären hos kvävebaserna är dessa molekyler praktiskt taget olösliga i vatten.

Kvävebaser av biologiskt intresse

Även om det finns ett stort antal kvävebaser, hittar vi bara ett fåtal naturligt i cellmiljöer av levande organismer.

De vanligaste pyrimidinerna är cytosin, uracil och tymin (5-metyluracil). Cytosin och tymin är pyrimidiner typiskt finns i DNA spiralen, medan cytosin och uracil är vanliga i RNA. Observera att den enda skillnaden mellan uracil och tymin är en metylgrupp på kol 5.

På liknande sätt är de vanligaste purinerna adenin (6-aminopurin) och guanin (2-amino-6-oxipurin). Dessa föreningar är rikliga i både DNA- och RNA-molekylerna.

Det finns andra derivat av puriner som vi finner naturligt i cellen, bland dem xantin, hypoxantin och urinsyra. De två första kan hittas i nukleinsyror, men på ett mycket bristfälligt och punktligt sätt. I kontrast är urinsyra aldrig hittad som en strukturell komponent i dessa biomolekyler.

Hur mates de?

DNA-strukturen belyses av forskarna Watson och Crick. Tack vare hans studie var det möjligt att dra slutsatsen att DNA är en dubbelhelix. Den består av en lång kedja av nukleotider bundna genom fosfodiesterbindningar, där fosfatgruppen bildar en brygga mellan hydroxylgrupperna (-OH) av sockerrester.

Den struktur som vi just har beskrivit liknar en trappa tillsammans med dess respektive ledstång. De kvävebaserade baserna är analogerna till trappan, som är grupperade i dubbelhelixen med hjälp av vätebroar.

I en vätebro delar två elektronegativa atomer en proton mellan baserna. För bildandet av en vätebrygga är det nödvändigt att en väteatom deltar med en liten positiv laddning och en acceptor med en liten negativ laddning.

Broen bildas mellan en H och en O. Dessa länkar är svaga och de måste vara, eftersom DNA måste öppnas enkelt för att replikera.

Chargaffs regel

Baspar bilda vätebindningar enligt följande mönster purin-pyrimidin parning känd som Chargaff regel: guanin- och cytosin parar med adenin tymin.

GC-paret bildar tre väteatomer tillsammans, medan AT-paret endast är förenat med två broar. Således kan vi förutsäga att ett DNA med högre GC-innehåll kommer att vara stabilare.

Var och en av kedjorna (eller räcken i vår analogi) kör i motsatta riktningar: en 5 '→ 3' och den andra 3 '→ 5'.

funktioner

Strukturella block av nukleinsyror

Organiska varelser presenterar en typ av biomolekyler som kallas nukleinsyror. Dessa är polymerer av en stor storlek som bildas av upprepade monomerer: nukleotiderna förenade med en speciell typ av bindning, kallad fosfodiesterbindning. De klassificeras i två grundläggande typer, DNA och RNA.

Varje nukleotid består av en fosfatgrupp, ett socker (deoxiribos typ i DNA och ribos i RNA), och en av de fem nukleobaserna A, T, G, C och U. När fosfatgruppen inte är närvarande molekylen kallas en nukleosid.

I DNA: n

DNA är det genetiska materialet för levande varelser (med undantag för vissa virus som huvudsakligen använder RNA). Med hjälp av koden för de 4 baserna har DNA sekvensen för alla proteiner som finns i organismerna, förutom element som reglerar uttrycket av samma.

DNA-strukturen måste vara stabil, eftersom organismer använder den för att koda information. Det är emellertid en molekyl som är benägen för förändringar, som kallas mutationer. Dessa förändringar i det genetiska materialet är det grundläggande materialet för den evolutionära förändringen.

I RNA

Liksom DNA är RNA en polymer av nukleotider, med det undantaget att basen T ersätts av U. Denna molekyl är i form av ett enkelt band och uppfyller ett brett spektrum av biologiska funktioner.

I cellen finns tre huvud-RNA. Messenger RNA är en mellanhand mellan DNA och proteinbildning. Han har ansvaret för att kopiera informationen i DNA: n och ta den till proteinomvandlingsmaskinen. Det ribosomala RNA, en andra typ, bildar en konstruktionsdel av detta komplexa maskineri.

Den tredje typen eller överförings-RNA är ansvarig för att bära aminosyraresterna lämpliga för syntesen av proteiner.

Förutom de tre "traditionella" RNA, en serie små RNA involverat i regleringen av genexpression, såsom i en cell kan inte konsekvent uttrycka och i samma utsträckning alla kodade gener DNA.

Det är nödvändigt att organismer har sätt att reglera sina gener, det vill säga att bestämma om de är uttryckta eller inte. Analogt består det genetiska materialet endast av en ordbok av ord på spanska, och mekanismen för reglering möjliggör bildandet av ett litterärt arbete.

Strukturella block av nukleosidtrifosfaterna

De kvävebaserade baserna är en del av nukleosidtrifosfaterna, en molekyl som, liksom DNA och RNA, har biologisk intresse. Förutom basen består den av en pentos och tre fosfatgrupper kopplade ihop med hjälp av hög-energi-bindningar..

Tack vare dessa bindningar är nukleosidtrifosfaterna energirika molekyler och är huvudprodukten av metaboliska vägar som söker frisättning av energi. Bland de mest använda är ATP.

ATP adenosintrifosfat eller består av nukleobasen adenin, kopplat till lokaliserad vid position 1 av en socker pentos koltyp: ribos. I position fem av denna kolhydrat är de tre fosfatgrupperna kopplade.

I allmänhet är ATP cellens energivaluta, eftersom den kan användas och regenereras snabbt. Många metaboliska vägar som är vanliga bland organiska varelser använder och producerar ATP.

Dess "kraft" är baserad på de höga energibandningarna, som bildas av fosfatgrupper. De negativa laddningarna av dessa grupper är i konstant repulsion. Det finns andra orsaker som predisponerar hydrolys i ATP, inklusive stabilisering genom resonans och solvation..

autakoida

Även om de flesta nukleosider saknar signifikant biologisk aktivitet är adenosin ett tydligt undantag hos däggdjur. Detta fungerar som en autocoid, analog med ett "lokalt hormon" och som en neuromodulator.

Denna nukleosid cirkulerar fritt genom blodomloppet och agera lokalt, med olika effekter i utvidga blodkärlen, glatt muskelsammandragningar, neuronala urladdningar, neurotransmittorfrisättning och metabolism av fett. Det är också relaterat till regleringen av hjärtfrekvensen.

Denna molekyl är också inblandad i reglering av sömnmönster. Koncentrationen av adenosin ökar och främjar trötthet. Detta är anledningen till att koffein hjälper till att hålla oss vakna: det blockerar neuronala interaktioner med extracellulär adenosin.

Strukturella block av regleringselement

En signifikant mängd metaboliska vägar som är vanliga i celler har regulatoriska mekanismer baserade på nivåerna av ATP, ADP och AMP. Etas två sista molekyler har samma struktur av ATP, men har förlorat en respektive två fosfatgrupper.

Som vi nämnde i föregående avsnitt är ATP en instabil molekyl. Cellen måste endast producera ATP när den behöver den, eftersom den måste använda den snabbt. ATP i sig är också ett element som reglerar metaboliska vägar, eftersom dess närvaro indikerar att cellen inte ska producera mer ATP.

Däremot varnar dess hydrolyserade derivat (AMP) cellen som ATP springer ut och borde producera mer. Således aktiverar AMP de metaboliska vägarna för energiproduktion, såsom glykolys.

Likaså är många tecken på hormonell typ (såsom involverade i glykogenmetabolism) förmedlad intracellulärt molekyler cAMP (cyklisk är den c) eller en liknande variant men guanin i sin struktur: cGMP.

Strukturella block av koenzymer

I flera steg av metaboliska vägar kan enzymer inte agera ensam. De behöver ytterligare molekyler för att kunna uppfylla sina funktioner; dessa element kallas koenzymer eller sam-substrat, varvid den senare termen är lämpligare, eftersom koenzymer inte är katalytiskt aktiva.

I dessa katalytiska reaktioner, finns det ett behov av att överföra elektroner eller grupp av atomer till ett annat substrat. Hjälpmolekylerna som deltar i detta fenomen är koenzymerna.

De kvävebaserade baserna är strukturella element av nämnda kofaktorer. Bland de mest kända är pyrimidinukleotiderna (NAD)+, NADP+), FMN, FAD och koenzym A. Dessa involverade i viktiga metaboliska vägar som glykolys, citronsyracykeln, fotosyntes, etc..

Till exempel nukleotiderna de pyrimidiner är mycket viktiga coenzymer enzymer dehydrogenasaktivitet och ger transport av hydridjoner.

referenser

  1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, A. D., Lewis, J., Raff, M., ... & Walter, P. (2013). Väsentlig cellbiologi. Garland Science.
  2. Cooper, G. M., & Hausman, R. E. (2007). Cellen: en molekylär tillvägagångssätt. Washington, DC, Sunderland, MA.
  3. Griffiths, A.J. (2002). Modern genetisk analys: integrering av gener och genomer. Macmillan.
  4. Griffiths, A. J., Wessler, S. R., Lewontin, R.C., Gelbart, W. M., Suzuki, T. D., & Miller, J.H. (2005). En introduktion till genetisk analys. Macmillan.
  5. Koolman, J., & Röhm, K. H. (2005). Biokemi: text och atlas. Ed. Panamericana Medical.
  6. Passarge, E. (2009). Genetisk text och atlas. Ed. Panamericana Medical.