Generalitate
Bazele de azot sunt compuși organici heterociclici aromatici, care conțin atomi de azot, care iau parte la constituirea nucleotidelor.
Fructul unirii unei baze azotate, a unei pentoze (adică a unui zahăr cu 5 atomi de carbon) și a unei grupări fosfat, nucleotidele sunt unitățile moleculare care alcătuiesc acizii nucleici ADN și ARN.
În ADN, bazele azotate sunt: adenina, guanina, citozina și timina; în „ARN, acestea sunt aceleași, cu excepția timinei, în locul cărora c” este o bază azotată numită uracil.
Spre deosebire de cele ale ARN-ului, bazele azotate ale ADN-ului formează perechi sau perechi de baze. Prezența unei astfel de perechi este posibilă deoarece ADN-ul are o structură dublu-catenară de nucleotide.
Expresia genelor depinde de secvența bazelor azotate unite la nucleotidele ADN.
Ce sunt bazele azotate?
Bazele de azot sunt moleculele organice, care conțin azot, care iau parte la constituirea nucleotidelor.
Formate fiecare dintr-o bază azotată, un zahăr cu 5 carbon (pentoză) și o grupare fosfat, nucleotidele sunt unitățile moleculare care alcătuiesc acizii nucleici ADN și ARN.
Acizii nucleici ADN și ARN sunt macromoleculele biologice, de care depind dezvoltarea și buna funcționare a celulelor unei ființe vii.
BAZELE NITROGENICE A ACIZILOR NUCLEICI
Bazele azotate care alcătuiesc acizii nucleici ADN și ARN sunt: adenina, guanina, citozina, timina și uracilul.
Adenina, guanina și citozina sunt comune ambilor acizi nucleici, adică fac parte atât din nucleotidele ADN, cât și din nucleotidele ARN. Timina este exclusivă ADN-ului, în timp ce uracilul este exclusiv ARN-ului.
Prin urmare, făcând un scurt rezumat, bazele azotate care formează un acid nucleic (fie el ADN sau ARN) aparțin a 4 tipuri diferite.
ABREVIERILE BAZELOR DE AZOT
Chimiștii și biologii au considerat oportună scurtarea denumirilor bazelor azotate cu o singură literă a alfabetului, în acest fel au facilitat și mai rapid reprezentarea și descrierea acizilor nucleici în texte.
L "adenina coincide cu majuscula A; guanina cu majuscula G; citozina cu majuscula C; timina cu majuscula T; în cele din urmă, l" uracil cu majuscula U.
Clase și structură
Există două clase de baze azotate: clasa bazelor azotate care derivă din pirimidină și clasa bazelor azotate care derivă din purină.
Figura: structură chimică generică a pirimidinei și a purinei.
Bazele azotate care derivă din pirimidină sunt, de asemenea, cunoscute sub denumirile alternative ale: bazelor azotate de pirimidină sau pirimidină; în timp ce bazele azotate care derivă din purină sunt, de asemenea, cunoscute cu termenii alternativi de: purină sau baze azotate purinice.
Citozina, timina și uracilul aparțin clasei bazelor azotate de pirimidină; adenina și guanina, pe de altă parte, alcătuiesc clasa bazelor azotate purinice.
Exemple de derivați de purină, altele decât bazele azotate ale ADN și ARN
Printre derivații purinici, există și compuși organici care nu sunt baze azotate ale ADN-ului și ARN-ului. De exemplu, compuși precum cafeina, xantina, hipoxantina, teobromina și acidul uric se încadrează în categoria de mai sus.
CE SUNT BAZELE DE AZOT DIN PUNCTUL DE VEDERE CHIMIC?
Chimiștii organici definesc bazele azotate și toți derivații purinei și pirimidinei ca fiind compuși heterociclici aromatici.
- Un compus heterociclic este un compus inel organic (sau ciclic) care, în inelul menționat anterior, are unul sau mai mulți atomi în afară de carbon. În cazul purinelor și pirimidinelor, alți atomi decât carbonul sunt atomii de azot.
- Un compus aromatic este un compus inelar organic 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, dintre care 4 sunt carbon și 2 dintre aceștia sunt azot.
De fapt, o bază de azot pirimidină este o pirimidină cu unul sau mai mulți substituenți (adică un singur atom sau grup de atomi) legați la unul dintre atomii de carbon ai inelului.
Pe de altă parte, structura chimică a bazelor azotate derivate din purină constă în principal dintr-un inel dublu cu 9 atomi total, dintre care 5 sunt carbon și 4 dintre aceștia sunt azot. Inelul dublu menționat mai sus cu 9 atomi total derivă din fuziunea unui inel piridiminic (adică inelul pirimidinic) cu un inel imidazol (adică inelul imidazol, un alt compus organic heterociclic).
Figura: structura imidazolului.
După cum se știe, inelul pirimidinic conține 6 atomi; în timp ce inelul imidazol conține 5. Odată cu fuziunea, cele două inele pun în comun doi atomi de carbon fiecare și acest lucru explică de ce structura finală conține, în mod specific, 9 atomi.
POZIȚIA ATOMILOR DE AZOT ÎN PURINI ȘI PIRIMIDINE
Pentru a simplifica studiul și descrierea moleculelor organice, chimiștii organici s-au gândit să atribuie un număr de identificare carbonilor și tuturor celorlalți atomi ai structurilor de susținere. Numerotarea începe întotdeauna de la 1, se bazează pe criterii de atribuire foarte specifice (pe care, aici, este mai bine să le lăsăm deoparte) și servește la stabilirea poziției fiecărui atom în cadrul moleculei.
Pentru pirimidine, criteriile de atribuire numerică stabilesc că cei 2 atomi de azot ocupă poziția 1 și poziția 3, în timp ce cei 4 atomi de carbon se află în poziția 2, 4, 5 și 6.
Pe de altă parte, pentru purine, criteriile de atribuire numerică stabilesc că cei 4 atomi de azot ocupă poziția 1, 3, 7 și 9, în timp ce cei 5 atomi de carbon se află în poziția 2, 4, 5, 6 și 8.
Poziția în nucleotide
Baza azotată a unei nucleotide unește întotdeauna carbonul în poziția 1 a pentozei corespunzătoare, printr-o legătură covalentă N-glicozidică.
În special,
- The baze azotate care derivă din pirimidină formează legătura N-glicozidică, prin azotul lor în poziția 1;
- In timp ce baze azotate care derivă din purină formează legătura N-glicozidică, prin azotul lor în poziția 9.
În structura chimică a nucleotidelor, pentozele reprezintă elementul central, de care se leagă baza azotată și grupul fosfat.
Legătura chimică care unește gruparea fosfat cu pentoză este de tip fosfodiester și implică un oxigen al grupării fosfat și carbonul în poziția 5 a pentozei.
CÂND BAZELE DE AZOT FORMĂ UN NUCLEOZID?
Combinația dintre o bază azotată și o pentoză formează o moleculă organică care ia numele de nucleozidă.
Prin urmare, adăugarea grupului fosfat este cea care schimbă nucleozidele în nucleotide.
Mai mult, conform unei definiții particulare a nucleotidelor, acești compuși organici ar fi „nucleozide care au una sau mai multe grupări fosfat legate de carbonul 5 al pentozei constitutive”.
Organizare în ADN
ADN-ul sau acidul dezoxiribonucleic este o moleculă biologică mare formată din două catene foarte lungi de nucleotide (sau catene polinucleotidice).
Aceste filamente polinucleotidice au unele caracteristici, care merită o mențiune specială, deoarece afectează de asemenea îndeaproape bazele azotate:
- Sunt uniți între ei.
- Sunt orientate în direcții opuse („filamente antiparalele”).
- Se înfășoară unul pe altul, ca și cum ar fi două spirale.
- Nucleotidele care le constituie au un astfel de aranjament, astfel încât bazele azotate sunt orientate spre axa centrală a fiecărei spirale, în timp ce grupările pentoze și fosfat formează schela externă a acesteia din urmă.
Aranjamentul singular al nucleotidelor face ca fiecare bază azotată a unuia dintre cele două filamente polinucleotidice să se unească, prin legături de hidrogen, la o bază azotată prezentă pe celălalt filament. Prin urmare, această uniune creează o pereche de baze, împerecheate cu cele biologice și genetici numiți-l împerechere sau pereche de baze.
Poc "s-a afirmat într-adevăr că cele două filamente sunt unite între ele: pentru a determina uniunea sunt legăturile existente între diferitele baze azotate ale celor două filamente polinucleotidice.
CONCEPTUL DE COMPLEMENTARITATE ÎNTRE BAZELE DE AZOT
Studiind structura ADN-ului, cercetătorii au descoperit că asocierea între bazele azotate este foarte specifică, de fapt, au observat că adenina se leagă doar de timină, în timp ce citozina se leagă doar de guanină.
În lumina acestei descoperiri, au inventat termenul „complementaritate între bazele azotate”, pentru a indica legătura univocă dintre adenină cu timină și citozină cu guanină.
Identificarea perechii complementare între bazele azotate a reprezentat piatra de temelie, pentru a explica dimensiunile fizice ale ADN-ului și stabilitatea particulară de care se bucură cele două catene polinucleotidice.
Biologul american James Watson și biologul englez Francis Crick, în 1953, au adus o contribuție decisivă la descoperirea structurii ADN-ului (de la „înfășurarea în spirală a celor două fire polinucleotidice” până la asocierea dintre bazele azotate complementare).
Odată cu formularea așa-numitului „model cu dublă helică”, Watson și Crick au avut o „intuiție incredibilă, care a reprezentat un punct de cotitură epocal în domeniul biologiei moleculare și al geneticii.
De fapt, descoperirea structurii exacte a ADN-ului a făcut posibilă studierea și înțelegerea proceselor biologice care implică acidul dezoxiribonucleic: de la modul în care se reproduce sau se formează ARN la modul în care generează proteine.
LEGĂTURILE CARE LIGĂ PERELE DE NITROGEN ÎMPREUNĂ
Pentru a uni două baze azotate într-o moleculă de ADN, formând perechi complementare, sunt o serie de legături chimice, cunoscute sub numele de legături de hidrogen.
Adenina și timina interacționează între ele prin intermediul a două legături de hidrogen, în timp ce guanina și citozina prin intermediul a trei legături de hidrogen.
CÂTE PERECHI DE BAZE DE AZOT CONȚINE O MOLECULĂ DE ADN UMAN?
O moleculă generică de ADN uman conține aproximativ 3,3 miliarde de perechi de baze azotate, ceea ce înseamnă aproximativ 3,3 miliarde de nucleotide pe catenă.
Figura: interacțiune chimică între adenină și timină și între guanină și citozină. Cititorul poate nota poziția și numărul de legături de hidrogen care țin împreună bazele azotate ale celor două fire polinucleotidice.
Organizare în ARN
Spre deosebire de ADN, ARN sau acid ribonucleic, este un acid nucleic care este de obicei compus dintr-o singură catena de nucleotide.
Prin urmare, bazele azotate care îl constituie sunt „nepereche”.
Cu toate acestea, trebuie subliniat faptul că lipsa unei catenă de bază azotată complementară nu exclude posibilitatea ca bazele azotate ale ARN-ului să se poată împerechea ca cele ale ADN-ului.
Cu alte cuvinte, bazele azotate ale unei singure catene de ARN se pot împerechea, conform legilor complementarității dintre bazele azotate, la fel ca bazele azotate ale ADN-ului.
Perechea complementară între bazele azotate a două molecule de ARN distincte este baza importantului proces de sinteză a proteinelor (sau sinteza proteinelor).
URACILE ÎNLOCUIE TIMINA
În „ARN”, uracilul înlocuiește timina ADN-ului nu numai în structură, ci și în asocierea complementară: de fapt, baza azotată se leagă în mod specific de adenină, atunci când două molecule distincte de ARN apar pentru funcționalitate. motive.
Rolul biologic
Expresia genelor depinde de secvența bazelor azotate unite la nucleotidele ADN. Genele sunt segmente mai mult sau mai puțin lungi de ADN (deci segmente de nucleotide), care conțin informațiile indispensabile sintezei proteinelor. Alcătuit din aminoacizi, proteine sunt macromolecule biologice, care joacă un rol fundamental în reglarea mecanismelor celulare ale unui organism.
Secvența de bază azotată a unei gene date specifică secvența de aminoacizi a proteinei înrudite.
