BAZƠ NITƠ: PHÂN LOẠI VÀ CHỨC NĂNG - SINH HỌC - 2024

Các bazơ nitơ là các hợp chất hữu cơ dị vòng giàu nitơ. Chúng là một phần của các khối cấu tạo của axit nucleic và các phân tử sinh học khác, chẳng hạn như nucleoside, dinucleotide và sứ giả nội bào. Nói cách khác, bazơ nitơ là một phần của các đơn vị tạo nên axit nucleic (RNA và DNA) và các phân tử khác được đề cập.

Có hai nhóm bazơ nitơ chính: bazơ purine hoặc purin và bazơ pyrimidine hoặc pyrimidine. Adenine và guanine thuộc nhóm đầu tiên, trong khi thymine, cytosine và uracil là các base pyrimidine. Các cơ sở này thường được ký hiệu bằng chữ cái đầu tiên của chúng: A, G, T, C và U.

Các bazơ nitơ khác nhau trong DNA và RNA.
Nguồn: Người dùng: Sponktranslation: Người dùng: Jcfidy

Các khối xây dựng của DNA là A, G, T và C. Theo thứ tự cơ sở này, tất cả thông tin cần thiết cho việc xây dựng và phát triển của một cơ thể sống đều được mã hóa. Trong RNA, các thành phần giống nhau, chỉ có T được thay thế bằng U.

Cấu trúc và phân loại

Bazơ nitơ là những phân tử phẳng, thuộc loại thơm và dị vòng, thường có nguồn gốc từ purin hoặc pyrimidin.

Vòng pyrimidine

Cấu trúc hóa học của pyrimidine.

Vòng pyrimidine là những vòng thơm dị vòng sáu cạnh có hai nguyên tử nitơ. Các nguyên tử được đánh số theo chiều kim đồng hồ.

Vòng Purine

Cấu trúc hóa học của nhân purin.

Vòng purin bao gồm một hệ thống hai vòng: một có cấu trúc tương tự như vòng pyrimidine và một tương tự với vòng imidazole. Chín nguyên tử này được hợp nhất thành một vòng duy nhất.

Vòng pyrimidine là một hệ phẳng, trong khi các purin hơi lệch khỏi mô hình này. Đã có báo cáo về một chút nếp nhăn hoặc nếp gấp giữa vòng imidazole và vòng pyrimidine.

Tính chất của bazơ nitơ

Mùi thơm

Trong hóa học hữu cơ, một vòng thơm được định nghĩa là một phân tử mà các electron từ các liên kết đôi có sự lưu thông tự do trong cấu trúc mạch vòng. Tính linh động của các electron trong vòng mang lại sự ổn định cho phân tử - nếu chúng ta so sánh nó với cùng một phân tử-, nhưng với các electron được cố định trong các liên kết đôi.

Bản chất thơm của hệ thống vòng này mang lại cho họ khả năng trải nghiệm một hiện tượng gọi là hiện tượng tautomerism xeto-enol.

Đó là, purin và pyrimidine tồn tại trong các cặp đồng phân. Các chất đồng phân xeto chủ yếu ở pH trung tính đối với các bazơ uracil, thymine và guanin. Ngược lại, dạng enol chiếm ưu thế đối với cytosine, ở pH trung tính. Khía cạnh này rất cần thiết cho sự hình thành liên kết hydro giữa các bazơ.

Hấp thụ tia UV

Một tính chất khác của purin và pyrimidine là khả năng hấp thụ mạnh mẽ tia cực tím (tia UV). Dạng hấp thụ này là hệ quả trực tiếp của tính thơm của các vòng dị vòng của nó.

Phổ hấp thụ có cực đại gần 260 nm. Các nhà nghiên cứu sử dụng tiêu chuẩn này để định lượng lượng DNA trong mẫu của họ.

Khả năng hòa tan trong nước

Nhờ đặc tính thơm mạnh của các bazơ nitơ, các phân tử này thực tế không hòa tan trong nước.

Cơ sở nitơ quan tâm đến sinh học

Mặc dù có một số lượng lớn các bazơ nitơ, chúng ta chỉ tìm thấy một số ít tự nhiên trong môi trường tế bào của các sinh vật sống.

Các pyrimidine phổ biến nhất là cytosine, uracil và thymine (5-methyluracil). Cytosine và thymine là các pyrimidine thường được tìm thấy trong chuỗi xoắn kép DNA, trong khi cytosine và uracil phổ biến trong RNA. Lưu ý rằng điểm khác biệt duy nhất giữa uracil và thymine là nhóm metyl ở cacbon 5.

Tương tự, các purine phổ biến nhất là adenine (6-amino purine) và guanine (2-amino-6-oxy purine). Những hợp chất này có nhiều trong cả phân tử DNA và RNA.

Có những dẫn xuất khác của purin mà chúng ta tìm thấy tự nhiên trong tế bào, trong số đó có xanthine, hypoxanthine và axit uric. Hai chất đầu tiên có thể được tìm thấy trong axit nucleic, nhưng theo một cách rất hiếm và cụ thể. Ngược lại, axit uric không bao giờ được tìm thấy như một thành phần cấu trúc của các phân tử sinh học này.

Chúng giao phối như thế nào?

Cấu trúc của DNA đã được làm sáng tỏ bởi các nhà nghiên cứu Watson và Crick. Nhờ nghiên cứu của họ, người ta có thể kết luận rằng DNA là một chuỗi xoắn kép. Nó được tạo thành từ một chuỗi dài nucleotide liên kết với nhau bằng liên kết phosphodiester, trong đó nhóm phosphate tạo thành cầu nối giữa các nhóm hydroxyl (-OH) của bã đường.

Cấu trúc mà chúng tôi vừa mô tả giống như một cái thang cùng với lan can tương ứng của nó. Các bazơ nitơ là chất tương tự với cầu thang, được nhóm lại trong chuỗi xoắn kép bằng các liên kết hydro.

Trong một cầu nối hydro, hai nguyên tử âm điện chia sẻ một proton giữa các bazơ. Đối với sự hình thành liên kết hydro, cần có sự tham gia của nguyên tử hydro có điện tích dương nhỏ và chất nhận có điện tích âm nhỏ.

Cầu nối được hình thành giữa chữ H và chữ O. Những liên kết này rất yếu và chúng phải như vậy, vì DNA phải dễ dàng mở ra để sao chép.

Quy tắc Chargaff

Các cặp bazơ hình thành liên kết hydro bằng cách tuân theo mô hình kết cặp purine-pyrimidine sau đây được gọi là quy tắc Chargaff: cặp guanin với cytosine và cặp adenine với thymine.

Cặp GC tạo thành ba ống chứa hydro với nhau, trong khi cặp AT chỉ được liên kết bằng hai cầu. Do đó, chúng ta có thể dự đoán rằng một DNA có hàm lượng GC cao hơn sẽ ổn định hơn.

Mỗi chuỗi (hoặc tay vịn theo cách tương tự của chúng ta), chạy theo các hướng ngược nhau: một chuỗi 5 ′ → 3 ′ và chuỗi kia 3 ′ → 5 ′.

Đặc trưng

Các khối cấu tạo của axit nucleic

Các sinh vật hữu cơ có một loại phân tử sinh học gọi là axit nucleic. Đây là những polyme rất lớn được tạo thành từ các monome lặp lại - nucleotide, được nối với nhau bằng một loại liên kết đặc biệt, được gọi là liên kết phosphodiester. Chúng được phân thành hai loại cơ bản là DNA và RNA.

Mỗi nucleotide được tạo thành từ một nhóm phosphate, một đường (loại deoxyribose trong DNA và ribose trong RNA), và một trong năm bazơ nitơ: A, T, G, C và U. Khi nhóm phosphate không có mặt. , phân tử được gọi là nucleoside.

Trong DNA

DNA là vật chất di truyền của sinh vật (ngoại trừ một số virus sử dụng RNA là chủ yếu). Sử dụng mã 4 cơ sở, DNA có trình tự cho tất cả các protein tồn tại trong sinh vật, cũng như các yếu tố điều chỉnh sự biểu hiện của chúng.

Cấu trúc của DNA phải ổn định, vì các sinh vật sử dụng nó để mã hóa thông tin. Tuy nhiên, nó là một phân tử dễ bị thay đổi, được gọi là đột biến. Những thay đổi này trong vật chất di truyền là nguyên liệu cơ bản cho sự thay đổi tiến hóa.

Trong RNA

Giống như DNA, RNA là một polyme gồm các nucleotide, ngoại trừ gốc T được thay thế bằng chữ U. Phân tử này ở dạng một dải đơn và thực hiện một loạt các chức năng sinh học.

Trong tế bào, có ba RNA chính. RNA Messenger là chất trung gian giữa DNA và sự hình thành protein. Nó chịu trách nhiệm sao chép thông tin trong DNA và đưa nó đến bộ máy dịch mã protein. RNA ribosome, loại thứ hai, là một phần cấu trúc của bộ máy phức tạp này.

Loại thứ ba, hay RNA chuyển, chịu trách nhiệm mang các gốc axit amin thích hợp cho quá trình tổng hợp protein.

Ngoài ba RNA “truyền thống”, có một số RNA nhỏ tham gia vào quá trình điều hòa biểu hiện gen, vì tất cả các gen được mã hóa trong DNA không thể được biểu hiện liên tục và cùng độ lớn trong một tế bào.

Các sinh vật phải có các con đường để điều chỉnh gen của chúng, nghĩa là, để quyết định xem chúng có được biểu hiện hay không. Tương tự, vật liệu di truyền chỉ bao gồm một từ điển từ tiếng Tây Ban Nha, và cơ chế điều tiết cho phép hình thành một tác phẩm văn học.

Các khối cấu tạo của nucleoside triphosphates

Các bazơ nitơ là một phần của nucleoside triphosphat, một phân tử, giống như DNA và RNA, được quan tâm về mặt sinh học. Ngoài bazơ, nó được tạo thành từ một pentoza và ba nhóm photphat liên kết với nhau bằng các liên kết năng lượng cao.

Nhờ những liên kết này, nucleoside triphosphat là những phân tử giàu năng lượng và là sản phẩm chính của con đường trao đổi chất nhằm giải phóng năng lượng. Trong số các loại được sử dụng nhiều nhất là ATP.

ATP hoặc adenosine triphosphate được tạo thành từ gốc nitơ adenine, liên kết với carbon nằm ở vị trí 1 của đường loại pentose: ribose. Ở vị trí thứ năm của carbohydrate này, cả ba nhóm photphat đều liên kết với nhau.

Nói chung, ATP là tiền tệ năng lượng của tế bào, vì nó có thể được sử dụng và tái tạo nhanh chóng. Nhiều con đường trao đổi chất phổ biến giữa các sinh vật sử dụng và sản xuất ATP.

"Sức mạnh" của nó dựa trên các liên kết năng lượng cao, được hình thành bởi các nhóm phốt phát. Các điện tích âm của các nhóm này có lực đẩy không đổi. Có những nguyên nhân khác dẫn đến sự thủy phân trước trong ATP, bao gồm cả sự ổn định cộng hưởng và sự solvat hóa.

Autacoid

Mặc dù hầu hết các nucleoside thiếu hoạt tính sinh học đáng kể, adenosine là một ngoại lệ rõ rệt ở động vật có vú. Nó hoạt động như một autacoid, tương tự như một "hormone cục bộ" và như một chất điều hòa thần kinh.

Chất nucleoside này lưu thông tự do trong máu và hoạt động cục bộ, với nhiều tác dụng khác nhau đối với sự giãn nở của mạch máu, co thắt cơ trơn, phóng điện tế bào thần kinh, giải phóng chất dẫn truyền thần kinh và chuyển hóa chất béo. Nó cũng liên quan đến việc điều hòa nhịp tim.

Phân tử này cũng tham gia vào việc điều chỉnh các mô hình giấc ngủ. Nồng độ adenosine tăng lên và thúc đẩy sự mệt mỏi. Đây là lý do tại sao caffeine giúp chúng ta tỉnh táo: nó ngăn chặn các tương tác của tế bào thần kinh với adenosine ngoại bào.

Các khối cấu trúc của các yếu tố quy định

Một số lượng đáng kể các con đường trao đổi chất phổ biến trong tế bào có cơ chế điều hòa dựa trên mức ATP, ADP và AMP. Hai phân tử cuối cùng này có cấu trúc giống như ATP, nhưng bị mất đi một và hai nhóm photphat tương ứng.

Như chúng ta đã đề cập trong phần trước, ATP là một phân tử không ổn định. Tế bào chỉ nên sản xuất ATP khi nó cần, vì nó phải sử dụng nó một cách nhanh chóng. Bản thân ATP cũng là một yếu tố điều chỉnh các con đường trao đổi chất, vì sự hiện diện của nó cho thấy tế bào không nên sản xuất thêm ATP.

Ngược lại, các dẫn xuất thủy phân của nó (AMP), cảnh báo tế bào rằng ATP đang cạn kiệt và phải sản xuất nhiều hơn. Do đó, AMP kích hoạt các con đường trao đổi chất để sản xuất năng lượng, chẳng hạn như đường phân.

Tương tự, nhiều tín hiệu của loại nội tiết tố (chẳng hạn như những tín hiệu tham gia vào quá trình chuyển hóa glycogen) được trung gian nội bào bởi các phân tử cAMP (c là chu kỳ) hoặc bởi một biến thể tương tự nhưng với guanin trong cấu trúc của nó: cGMP.

Các khối xây dựng của coenzyme

Ở nhiều bước trong quá trình trao đổi chất, các enzym không thể hoạt động một mình. Chúng cần các phân tử bổ sung để có thể hoàn thành các chức năng của chúng; Những nguyên tố này được gọi là coenzyme hoặc cosubstrates, thuật ngữ sau thích hợp hơn, vì coenzyme không hoạt động về mặt xúc tác.

Trong các phản ứng xúc tác này, cần phải chuyển các điện tử hoặc nhóm nguyên tử sang cơ chất khác. Các phân tử phụ trợ tham gia vào hiện tượng này là coenzyme.

Bazơ nitơ là yếu tố cấu trúc của các đồng yếu tố này. Trong số các loại được công nhận nhiều nhất là các nucleotide pyrimidine (NAD ⁺ , NADP ⁺ ), FMN, FAD và coenzyme A. Chúng tham gia vào các con đường trao đổi chất rất quan trọng, chẳng hạn như đường phân, chu trình Krebs, quang hợp, trong số những loại khác.

Ví dụ, các nucleotide pyrimidine là coenzyme rất quan trọng của các enzyme có hoạt tính dehydrogenase, và chịu trách nhiệm vận chuyển các ion hydrua.

Người giới thiệu

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M.,… & Walter, P. (2013). Sinh học tế bào cần thiết. Khoa học Garland.
2. Cooper, GM và Hausman, RE (2007). Tế bào: một cách tiếp cận phân tử. Washington, DC, Sunderland, MA.
3. Griffiths, AJ (2002). Phân tích di truyền hiện đại: tích hợp gen và bộ gen. Macmillan.
4. Griffiths, AJ, Wessler, SR, Lewontin, RC, Gelbart, WM, Suzuki, DT, & Miller, JH (2005). Giới thiệu về phân tích di truyền. Macmillan.
5. Koolman, J., & Röhm, KH (2005). Hóa sinh: văn bản và tập bản đồ. Panamerican Medical Ed.
6. Passarge, E. (2009). Văn bản di truyền và tập bản đồ. Panamerican Medical Ed.