Allgemeinheit
Stickstoffbasen sind aromatische heterocyclische organische Verbindungen, die Stickstoffatome enthalten und an der Konstitution von Nukleotiden beteiligt sind.
Als Frucht der Vereinigung einer stickstoffhaltigen Base, einer Pentose (dh eines Zuckers mit 5 Kohlenstoffatomen) und einer Phosphatgruppe sind Nukleotide die molekularen Einheiten, aus denen die Nukleinsäuren DNA und RNA bestehen.
In der DNA sind die stickstoffhaltigen Basen: Adenin, Guanin, Cytosin und Thymin; in "RNA sind sie gleich, außer Thymin, an dessen Stelle c" eine stickstoffhaltige Base namens Uracil ist.
Im Gegensatz zu denen der RNA bilden die stickstoffhaltigen Basen der DNA Paarungen oder Basenpaare.Das Vorhandensein einer solchen Paarung ist möglich, weil DNA eine doppelsträngigeStruktur von Nukleotiden aufweist.
Die Genexpression hängt von der Sequenz der stickstoffhaltigen Basen ab, die mit den DNA-Nukleotiden verbunden sind.
Was sind stickstoffhaltige Basen?
Stickstoffbasen sind die organischen Moleküle, die Stickstoff enthalten und an der Konstitution von Nukleotiden beteiligt sind.
Nukleotide bestehen jeweils aus einer stickstoffhaltigen Base, einem 5-Kohlenstoff-Zucker (Pentose) und einer Phosphatgruppe und sind die molekularen Einheiten, aus denen die Nukleinsäuren DNA und RNA bestehen.
Die Nukleinsäuren DNA und RNA sind die biologischen Makromoleküle, von denen die Entwicklung und das ordnungsgemäße Funktionieren der Zellen eines Lebewesens abhängen.
DIE STICKSTOFFBASIS VON NUKLEINSÄUREN
Die stickstoffhaltigen Basen, aus denen die DNA- und RNA-Nukleinsäuren bestehen, sind: Adenin, Guanin, Cytosin, Thymin und Uracil.
Adenin, Guanin und Cytosin sind beiden Nukleinsäuren gemeinsam, dh sie sind sowohl Bestandteil von DNA-Nukleotiden als auch von RNA-Nukleotiden. Thymin ist exklusiv für DNA, während Uracil exklusiv für RNA ist.
Um es kurz zusammenzufassen, gehören die stickstoffhaltigen Basen, die eine Nukleinsäure (sei es DNA oder RNA) bilden, zu 4 verschiedenen Typen.
ABKÜRZUNGEN VON STICKSTOFFBASIS
Chemiker und Biologen haben es für angebracht gehalten, die Namen der stickstoffhaltigen Basen mit einem einzigen Buchstaben des Alphabets zu verkürzen, um die Darstellung und Beschreibung von Nukleinsäuren in Texten einfacher und schneller zu machen.
L "Adenin fällt mit dem Großbuchstaben A zusammen; Guanin mit dem Großbuchstaben G; Cytosin mit dem Großbuchstaben C; Thymin mit dem Großbuchstaben T; schließlich l" Uracil mit dem Großbuchstaben U.
Klassen und Struktur
Es gibt zwei Klassen stickstoffhaltiger Basen: die Klasse der stickstoffhaltigen Basen, die sich von Pyrimidin ableiten, und die Klasse der stickstoffhaltigen Basen, die sich von Purin ableiten.
Abbildung: Generische chemische Struktur eines Pyrimidins und eines Purins.
Die Stickstoffbasen, die sich von Pyrimidin ableiten, sind auch unter den alternativen Namen bekannt: Pyrimidin oder Pyrimidinstickstoffbasen; während die stickstoffhaltigen Basen, die sich von Purin ableiten, auch mit den alternativen Begriffen bekannt sind: Purin oder Purin stickstoffhaltige Basen.
Cytosin, Thymin und Uracil gehören zur Klasse der stickstoffhaltigen Pyrimidinbasen; Adenin und Guanin bilden andererseits die Klasse der purinhaltigen Stickstoffbasen.
Beispiele für Purinderivate, außer den stickstoffhaltigen Basen von DNA und RNA
Unter den Purinderivaten gibt es auch organische Verbindungen, die keine stickstoffhaltigen Basen von DNA und RNA sind, zum Beispiel fallen Verbindungen wie Koffein, Xanthin, Hypoxanthin, Theobromin und Harnsäure in die obige Kategorie.
WAS SIND STICKSTOFFBASIS AUS CHEMISCHER SICHT?
Organische Chemiker definieren stickstoffhaltige Basen und alle Derivate von Purin und Pyrimidin als aromatische heterocyclische Verbindungen.
- Eine heterocyclische Verbindung ist eine organische Ring- (oder cyclische) Verbindung, die in dem zuvor erwähnten Ring ein oder mehrere andere Atome als Kohlenstoff aufweist. Bei Purinen und Pyrimidinen sind die anderen Atome als Kohlenstoff die Stickstoffatome.
- Eine aromatische Verbindung ist eine organische Ringverbindung mit ähnlichen strukturellen und funktionellen Eigenschaften wie Benzol.
STRUKTUR
Abbildung: Chemische Struktur von Benzol.
Die chemische Struktur der von Pyrimidin abgeleiteten stickstoffhaltigen Basen besteht hauptsächlich aus einem einzigen Ring mit 6 Atomen, von denen 4 Kohlenstoff und 2 Stickstoff sind.
Tatsächlich ist eine Pyrimidin-Stickstoffbase ein Pyrimidin mit einem oder mehreren Substituenten (dh einem einzelnen Atom oder einer Gruppe von Atomen), die an eines der Kohlenstoffatome des Rings gebunden sind.
Andererseits besteht die chemische Struktur der von Purinen abgeleiteten Stickstoffbasen hauptsächlich aus einem Doppelring mit insgesamt 9 Atomen, von denen 5 Kohlenstoff und 4 Stickstoff sind. Der oben erwähnte Doppelring mit insgesamt 9 Atomen leitet sich aus der Verschmelzung eines pyridiminischen Rings (dh des Pyrimidinrings) mit einem Imidazolring (dh des Imidazolrings, einer anderen heterocyclischen organischen Verbindung) ab.
Abbildung: Struktur von Imidazol.
Der Pyrimidinring enthält bekanntlich 6 Atome; während der Imidazolring 5 enthält. Durch die Verschmelzung haben die beiden Ringe jeweils zwei Kohlenstoffatome gemeinsam, und dies erklärt, warum die endgültige Struktur speziell 9 Atome enthält.
POSITION VON STICKSTOFFATOMEN IN PURINEN UND PYRIMIDINEN
Um das Studium und die Beschreibung organischer Moleküle zu vereinfachen, dachten Organiker daran, den Kohlenstoffen und allen anderen Atomen der tragenden Strukturen eine Identifikationsnummer zuzuweisen. Die Nummerierung beginnt immer bei 1 und basiert auf ganz bestimmten Zuordnungskriterien (die hier besser weggelassen werden) und dient dazu, die Position jedes Atoms innerhalb des Moleküls zu bestimmen.
Für Pyrimidine legen die numerischen Zuordnungskriterien fest, dass die 2 Stickstoffatome Position 1 und Position 3 besetzen, während die 4 Kohlenstoffatome in Position 2, 4, 5 und 6 sitzen.
Für Purine hingegen legen die numerischen Zuordnungskriterien fest, dass die 4 Stickstoffatome die Positionen 1, 3, 7 und 9 besetzen, während die 5 Kohlenstoffatome in Position 2, 4, 5, 6 und 8 sitzen.
Position in den Nukleotiden
Die stickstoffhaltige Base eines Nukleotids verbindet sich immer über eine kovalente N-glykosidische Bindung mit dem Kohlenstoff in Position 1 der entsprechenden Pentose.
Bestimmtes,
- Die stickstoffhaltige Basen, die sich von Pyrimidinen ableiten sie bilden über ihren Stickstoff in Position 1 die N-glycosidische Bindung;
- Während stickstoffhaltige Basen, die sich von Purinen ableiten sie bilden über ihren Stickstoff in Position 9 die N-glycosidische Bindung.
In der chemischen Struktur von Nukleotiden stellt die Pentose das zentrale Element dar, an das die stickstoffhaltige Base und die Phosphatgruppe binden.
Die chemische Bindung, die die Phosphatgruppe mit der Pentose verbindet, ist vom Phosphodiestertyp und beinhaltet einen Sauerstoff der Phosphatgruppe und den Kohlenstoff in Position 5 der Pentose.
WANN BILDEN STICKSTOFFBASIS EIN NUKLEOSID?
Die Kombination einer stickstoffhaltigen Base und einer Pentose bildet ein organisches Molekül, das den Namen Nukleosid trägt.
Daher ist es die Addition der Phosphatgruppe, die die Nukleoside in Nukleotide umwandelt.
Darüber hinaus wären diese organischen Verbindungen gemäß einer bestimmten Definition von Nukleotiden "Nukleoside, die eine oder mehrere Phosphatgruppen aufweisen, die an den Kohlenstoff 5 der konstituierenden Pentose gebunden sind".
Organisation in der DNA
DNA oder Desoxyribonukleinsäure ist ein großes biologisches Molekül, das aus zwei sehr langen Nukleotidsträngen (oder Polynukleotidsträngen) besteht.
Diese Polynukleotid-Filamente haben einige Eigenschaften, die eine besondere Erwähnung verdienen, da sie auch die stickstoffhaltigen Basen stark beeinflussen:
- Sie sind miteinander vereint.
- Sie sind in entgegengesetzte Richtungen ausgerichtet ("antiparallele Filamente").
- Sie wickeln sich umeinander, als wären sie zwei Spiralen.
- Die Nukleotide, aus denen sie bestehen, haben eine solche Anordnung, so dass die stickstoffhaltigen Basen zur Mittelachse jeder Spirale ausgerichtet sind, während die Pentosen und die Phosphatgruppen deren äußeres Gerüst bilden.
Die einzigartige Anordnung der Nukleotide bewirkt, dass sich jede stickstoffhaltige Base eines der beiden Polynukleotidfilamente durch Wasserstoffbrücken mit einer stickstoffhaltigen Base des anderen Filaments verbindet Nennen Sie es Paarung oder Basenpaar.
Poc "in der Tat wurde bestätigt, dass die beiden Filamente miteinander verbunden sind: Um die Vereinigung zu bestimmen, sind die Bindungen, die zwischen den verschiedenen stickstoffhaltigen Basen der beiden Polynukleotidfilamente bestehen.
KONZEPT DER KOMPLEMENTARITÄT ZWISCHEN STICKSTOFFBASIS
Bei der Untersuchung der DNA-Struktur fanden die Forscher heraus, dass die Paarung zwischen stickstoffhaltigen Basen hochspezifisch ist: Sie stellten fest, dass Adenin nur an Thymin bindet, während Cytosin nur an Guanin bindet.
Angesichts dieser Entdeckung prägten sie den Begriff „Komplementarität zwischen stickstoffhaltigen Basen“, um die eindeutige Bindung zwischen Adenin mit Thymin und Cytosin mit Guanin anzuzeigen.
Die Identifizierung komplementärer Paarungen zwischen stickstoffhaltigen Basen war der Schlüssel zur Erklärung der physikalischen Dimensionen der DNA und der besonderen Stabilität der beiden Polynukleotidstränge.
Der amerikanische Biologe James Watson und der englische Biologe Francis Crick trugen 1953 entscheidend zur Entdeckung der Struktur der DNA bei (von der "spiralförmigen Verwicklung der beiden Polynukleotidstränge" bis zur Paarung zwischen komplementären Stickstoffbasen).
Mit der Formulierung des sogenannten „Doppelhelix-Modells“ hatten Watson und Crick eine „unglaubliche Intuition“, die einen epochalen Wendepunkt auf dem Gebiet der Molekularbiologie und Genetik darstellte.
Tatsächlich ermöglichte die Entdeckung der genauen Struktur der DNA, die biologischen Prozesse, an denen Desoxyribonukleinsäure beteiligt ist, zu studieren und zu verstehen: von der Replikation oder Form der RNA bis hin zur Erzeugung von Proteinen.
DIE VERBINDUNGEN, DIE DIE PAARE VON STICKSTOFFBASIS ZUSAMMENBINDEN
Um zwei stickstoffhaltige Basen in einem DNA-Molekül zu vereinigen und komplementäre Paare zu bilden, sind eine Reihe chemischer Bindungen, bekannt als Wasserstoffbrücken, erforderlich.
Adenin und Thymin interagieren miteinander über zwei Wasserstoffbrücken, Guanin und Cytosin über drei Wasserstoffbrücken.
WIE VIELE PAARE STICKSTOFFBASIS ENTHÄLT EIN MENSCHLICHES DNA-MOLEKÜL?
Ein generisches menschliches DNA-Molekül enthält etwa 3,3 Milliarden stickstoffhaltige Basenpaare, was etwa 3,3 Milliarden Nukleotiden pro Strang entspricht.
Abbildung: Chemische Wechselwirkung zwischen Adenin und Thymin sowie zwischen Guanin und Cytosin. Der Leser kann sich die Position und Anzahl der Wasserstoffbrücken merken, die die stickstoffhaltigen Basen von zwei Polynukleotidsträngen zusammenhalten.
Organisation in der RNA
Im Gegensatz zu DNA ist RNA oder Ribonukleinsäure eine Nukleinsäure, die normalerweise aus einem einzigen Nukleotidstrang besteht.
Daher sind die stickstoffhaltigen Basen, aus denen es besteht, "ungepaart".
Es sollte jedoch darauf hingewiesen werden, dass das Fehlen eines komplementären stickstoffhaltigen Basenstrangs die Möglichkeit nicht ausschließt, dass sich die stickstoffhaltigen Basen der RNA wie die der DNA paaren können.
Mit anderen Worten, die stickstoffhaltigen Basen eines einzelnen RNA-Strangs können sich nach den Gesetzen der Komplementarität zwischen stickstoffhaltigen Basen paaren, genau wie die stickstoffhaltigen Basen der DNA.
Die komplementäre Paarung zwischen stickstoffhaltigen Basen zweier unterschiedlicher RNA-Moleküle ist die Grundlage des wichtigen Prozesses der Proteinsynthese (oder Proteinsynthese).
DER URACILE ERSETZT TIMINA
In der "RNA" ersetzt Uracil das Thymin der DNA nicht nur in der Struktur, sondern auch in der komplementären Paarung: Tatsächlich ist es die stickstoffhaltige Base, die spezifisch an das Adenin bindet, wenn zwei verschiedene RNA-Moleküle für funktionelle Gründe dafür.
Biologische Rolle
Die Expression von Genen hängt von der Abfolge der stickstoffhaltigen Basen ab, die mit den DNA-Nukleotiden verbunden sind.Gene sind mehr oder weniger lange Abschnitte der DNA (also Abschnitte von Nukleotiden), die die für die Synthese von Proteinen unerlässlichen Informationen enthalten.Bestehend aus Aminosäuren, Proteine Sie sind biologische Makromoleküle, die eine grundlegende Rolle bei der Regulierung der zellulären Mechanismen eines Organismus spielen.
Die stickstoffhaltige Basensequenz eines gegebenen Gens spezifiziert die Aminosäuresequenz des verwandten Proteins.
