generalitate
Bazele azotate sunt compuși organici aromatici heterociclici, conținând atomi de azot, care participă la formarea nucleotidelor.
Fructul de unire a unei baze azotate, o pentoză (adică un zahăr cu 5 atomi de carbon) și o grupare fosfat, nucleotidele sunt unitățile moleculare care alcătuiesc ADN-ul și ARN-ul acizilor nucleici.
În ADN, bazele azotate sunt: adenină, guanină, citozină și timină; în ARN, ele sunt aceleași, cu excepția timinei, în locul căruia există o bază azotată numită uracil.
Spre deosebire de cele ale ARN-ului, bazele azotate ale ADN-ului formează perechi de perechi sau perechi de baze. Prezența unei astfel de asociere este posibilă deoarece ADN-ul are o structură nucleotidică dublă catenară.
Expresia genei depinde de secvența de baze azotate combinate cu nucleotidele ADN-ului.
Care sunt bazele azotate?
Bazele azotate sunt moleculele organice, care conțin azot, care participă la formarea nucleotidelor .
Formate fiecare cu o bază de azot, un zahăr cu 5 atomi de carbon (pentoză) și o grupă fosfat, nucleotidele sunt unitățile moleculare care alcătuiesc ADN-ul și ARN-ul acizilor nucleici .
Acizii nucleici ADN și ARN sunt macromoleculele biologice, pe care depind dezvoltarea și buna funcționare a celulelor unei ființe vii.
BAZELE DE NITROGEN DE ACIZI NUCLEICI
Bazele azotate care alcătuiesc ADN-ul și ARN-ul acizilor nucleici sunt: adenină, guanină, citozină, timină și uracil .
Adenina, guanina și citozina sunt comune ambelor acizi nucleici, adică aceștia fac parte atât din nucleotidele ADN cât și din nucleotidele ARN. Thymine este exclusiv de ADN, în timp ce uracilul este exclusiv la ARN .
Realizând un scurt rezumat, prin urmare, bazele azotate care formează un acid nucleic (fie ADN sau ARN) aparțin la 4 tipuri diferite.
ABREVIERI ALE BAZELOR DE AZOT
Chimiștii și biologii au considerat că este adecvat să scurteze numele bazelor azotate cu o singură literă din alfabet. În acest fel, au făcut mai ușor reprezentarea și descrierea acizilor nucleici pe texte.
Adenina coincide cu litera A; guanina cu litera mare G; citozina cu litera C; timina cu majusculă T; în cele din urmă, uracilul cu majusculă U.
Clasele și structura
Există două clase de baze azotate: clasa bazelor azotate derivate din pirimidină și clasa bazelor azotate derivate din purină .
Figura: Structura chimică generică a unei pirimidine și a unei purine.
Bazele azotate derivate din pirimidină sunt, de asemenea, cunoscute prin denumirile alternative ale bazelor azotate cu pirimidină sau pirimidine ; în timp ce bazele azotate derivate din purină sunt, de asemenea, cunoscute prin termenii alternativi ai bazelor cu purină sau purină azotată .
Citozina, timina și uracilul aparțin clasei de baze azotate cu pirimidină; adenina și guanina, pe de altă parte, alcătuiesc clasa bazelor azotate purinice.
Exemple de derivați de purină, alții decât bazele azotate ale ADN și ARN
Dintre derivații purinici există și compuși organici care nu sunt baze azotate ale ADN și ARN. De exemplu, compuși cum ar fi: cafeina, xantina, hipoxantina, teobromina și acidul uric se încadrează în categoria menționată mai sus.
CE SUNT NITELE DE BAZĂ DIN PUNCTUL CHIMIC DE VEDERE?
Organismele chimice definesc bazele azotate și toți derivații purinei și pirimidinei ca compuși heterociclici aromatici .
- Un compus heterociclic este un compus organic ciclic (sau ciclic) care, în inelul anterior menționat, are unul sau mai mulți atomi diferiți de carbon. În cazul purinelor și pirimidinelor, atomii, alții decât atomii de carbon, sunt atomi de azot.
- Un compus aromatic este un compus organic cu ciclu având caracteristici structurale și funcționale similare cu cele ale benzenului.
STRUCTURA
Figura: structura chimică a benzenului.
Structura chimică a bazelor azotate derivate din pirimidină constă în principal dintr-un singur inel cu 6 atomi, din care 4 sunt carbon și 2 dintre aceștia sunt azot.
De fapt, o bază azotată cu pirimidină este o pirimidină cu unul sau mai mulți substituenți (adică un singur atom sau o grupă de atomi) legată la unul dintre atomii de carbon ai ciclului.
Pe de altă parte, structura chimică a bazelor azotate derivate din purină constă în principal dintr-un inel dublu cu 9 atomi totali, dintre care 5 sunt atomi de carbon și 4 dintre aceștia sunt azot. Inelul dublu menționat anterior cu 9 atomi totali derivă din fuziunea unui inel piridinic (adică inelul pirimidinic) cu un inel imidazol (adică inelul imidazol, un alt compus organic heterociclic).
Figura: structura de imidazol.
După cum se știe, inelul de pirimidină conține 6 atomi; în timp ce inelul imidazol conține 5. Cu fuziunea, cele două inele împart două atomi de carbon fiecare și acest lucru explică de ce structura finală conține, în mod specific, 9 atomi.
POZIȚIA ATOMELOR DE AZOT ÎN PURINE ȘI PIRIDIDE
Pentru a simplifica studiul și descrierea moleculelor organice, chimistii organici au crezut că atribuie un număr de identificare cărbunelui și tuturor celorlalți atomi ai structurilor de susținere. Numerotarea începe întotdeauna de la 1, se bazează pe criterii de alocare foarte specifice (care, în acest caz, este mai bine să omiteți) și servește pentru a stabili poziția fiecărui atom, în moleculă.
Pentru pirimidine, criteriile numerice de atribuire stabilesc că cei doi atomi de azot ocupă poziția 1 și poziția 3, în timp ce cei 4 atomi de carbon se află în pozițiile 2, 4, 5 și 6.
Cu toate acestea, pentru purine, criteriile numerice de atribuire afirmă că cei 4 atomi de azot ocupă pozițiile 1, 3, 7 și 9, în timp ce cei 5 atomi de carbon se află în pozițiile 2, 4, 5, 6 și 8.
Poziția în nucleotide
Baza azotată a unei nucleotide se unește întotdeauna cu carbonul în poziția 1 a pentozelor corespunzătoare, printr-o legătură covalentă N-glicozidică .
Mai exact,
- Bazele azotate derivate din pirimidină formează legătura N-glicozidică, prin azotul lor în poziția 1 ;
- În timp ce bazele azotate derivate din purină formează legătura N-glicozidică, prin azotul lor în poziția 9 .
În structura chimică a nucleotidelor, pentoza este elementul central, la care se leagă baza azotată și grupul fosfat.
Legătura chimică care unește fosfatul cu grupul de pentoză este de tip fosfodiesteric și implică un oxigen al grupului fosfat și carbonul în poziția 5 a pentozelor.
Când bazele de azot formează un nucleozid?
Combinația dintre o bază de azot și o pentoză formează o moleculă organică numită nucleozidă .
Astfel, adăugarea grupului fosfat modifică nucleozidele în nucleotide.
Mai mult, conform unei definiții particulare a nucleotidelor, acești compuși organici ar fi "nucleozide care au una sau mai multe grupări fosfatice legate la carbonul 5 constituent al pentozelor".
Organizarea în ADN
ADN sau acid deoxiribonucleic este o moleculă biologică mare, formată din două filamente foarte lungi de nucleotide (sau filamente de polinucleotide ).
Aceste filamente de polinucleotide au câteva caracteristici care merită o citare specială deoarece ele afectează îndeaproape și bazele azotate:
- Ei sunt uniți unii cu alții.
- Ele sunt orientate în direcții opuse ("filamente antiparale").
- Se înfășoară unul în celălalt, ca și cum ar fi două spirale.
- Nucleotidele care le constituie au o astfel de dispoziție, astfel încât bazele azotate sunt orientate spre axa centrală a fiecărei spirale, în timp ce grupurile de pentoză și fosfat formează schela exterioară a acesteia din urmă.
Aranjamentul singular al nucleotidelor determină ca fiecare bază de azot a uneia dintre cele două fire polinucleotidice să se unească, prin legăturile de hidrogen, cu o bază de azot prezentă pe celălalt filament. Prin urmare, această unire creează o combinație de baze, combinații pe care biologi și geneticienii o numesc perechi sau perechi de bază.
Recent, sa afirmat că cele două fire sunt legate între ele: pentru a determina legătura lor sunt legăturile dintre diferitele baze azotate ale celor două fire polinucleotidice.
CONCEPTUL COMPLEMENTAR ÎNTRE BAZELE DE AZOT
Studiind structura ADN-ului, cercetătorii au realizat că împerecherea bazelor azotate este foarte specifică . De fapt, ei au observat că adenina se unește doar cu timina, în timp ce citozina se leagă numai la guanină.
În lumina acestei descoperiri, ei au inventat termenul " complementaritate între bazele azotate ", pentru a indica unicitatea legării adeninei cu timina și a citozinei cu guanina.
Identificarea corelării complementare între bazele azotate a reprezentat piatra de temelie pentru a explica dimensiunile fizice ale ADN-ului și stabilitatea particulară a celor două fire polinucleotidice.
Pentru a oferi o contribuție decisivă la descoperirea structurii ADN (de la înfășurarea spirală a celor două fire polinucleotidice la împerecherea bazelor complementare cu azot), au fost biologul american James Watson și biologul englez Francis Crick, în 1953.
Cu formularea așa-numitului " model dublu helix ", Watson și Crick au avut o perspectivă incredibilă, care a reprezentat un punct de cotitură epocii în domeniul biologiei moleculare și geneticii.
De fapt, descoperirea structurii exacte a ADN-ului a făcut posibilă studiul și înțelegerea proceselor biologice care văd protagonistul acidul dezoxiribonucleic: de la modul în care acesta replică sau formează ARN-ul la modul în care generează proteine.
BONDELE CARE TREBUIE COPII DE BAZELE DE AZOT
Combinarea a două baze azotate într-o moleculă de ADN, formând împerecherea complementară, este o serie de legături chimice, cunoscute sub numele de legături de hidrogen .
Adenina și timina interacționează una cu cealaltă prin intermediul a două legături de hidrogen, în timp ce guanina și citozina prin intermediul a trei legături de hidrogen.
CÂND COOPII DE BAZĂ DE NITOT CONȚINE UN MOLECUL DE ADN UMAN?
O moleculă generică de ADN uman conține aproximativ 3, 3 miliarde de perechi de baze azotate, care reprezintă aproximativ 3, 3 miliarde de nucleotide pe catenă.
Figura: interacțiunea chimică între adenină și timină și între guanină și citozină. Cititorul poate observa poziția și numărul legăturilor de hidrogen care țin împreună bazele azotate ale două fire polinucleotidice.
Organizarea în ARN
Spre deosebire de ADN, ARN sau acid ribonucleic, este un acid nucleic compus, de obicei, dintr-o singură catenă nucleotidică.
Prin urmare, bazele azotate care o constituie sunt "nepereche".
Cu toate acestea, trebuie remarcat faptul că lipsa unei catene complementare baze azotate nu exclude posibilitatea ca bazele azotate ale ARN să se potrivească cu cele ale ADN-ului.
Cu alte cuvinte, bazele azotate ale unui singur filament ARN pot fi asociate, conform legilor complementarității bazelor azotate, la fel ca bazele azotate ale ADN-ului.
Cuplajul complementar dintre bazele azotate ale a două molecule ARN distincte este la baza procesului important de sinteză a proteinelor (sau a sintezei proteinelor ).
URACILUL ÎNCONJURĂ TIMINA
În ARN, uracilul înlocuiește timina ADN-ului nu doar în structură, ci și în perechea complementară: de fapt, baza azotată se leagă în mod specific la adenină, când două molecule ARN distincte apar din motive funcționale.
Rolul biologic
Expresia genelor depinde de secvența de baze azotate asociate cu nucleotidele ADN-ului. Genele sunt segmente mai mult sau mai puțin lungi ale ADN-ului (deci segmente de nucleotide), care conțin informațiile esențiale pentru sinteza proteinelor. Compusă din aminoacizi, proteinele sunt macromolecule biologice, care joacă un rol fundamental în reglarea mecanismelor celulare ale unui organism.
Secvența bazelor de azot ale unei gene date specifică secvența de aminoacizi a proteinei asociate.
