قواعد النيتروجين كيف يتزاوجون ، تصنيف وظائف

ال القواعد النيتروجينية هي مركبات عضوية ذات شكل غير متجانسة غنية بالنيتروجين. وهي جزء من الكتل الهيكلية للأحماض النووية وجزيئات أخرى ذات أهمية بيولوجية ، مثل النيوكليوسيدات ، والدينوكليوتيدات والرسل داخل الخلايا. بمعنى آخر ، القواعد النيتروجينية هي جزء من الوحدات التي تشكل الأحماض النووية (RNA و DNA) والجزيئات الأخرى المذكورة.

هناك مجموعتان رئيسيتان من القواعد النيتروجينية: قواعد البيورين أو البيورين وقواعد البيريميدين أو البيريميدين. المجموعة الأولى تشمل الأدينين والجوانيين ، في حين أن ثيمين ، وسيتوزين ، ويوراسيل هي قواعد بيريميدين. بشكل عام ، يتم الإشارة إلى هذه القواعد بحرفها الأول: A و G و T و C و U.

كتل الحمض النووي هي A ، G ، T و C. في هذا الترتيب من القواعد يتم تدوين جميع المعلومات اللازمة لبناء وتطوير كائن حي. في الحمض النووي الريبي (RNA) ، تكون المكونات متشابهة ، حيث يتم استبدال الحرف T بالعلامة U.

مؤشر

• 1 هيكل وتصنيف
  • 1.1 حلقة من البريميدين
  • 1.2 حلقة البيورين
• 2 خواص القواعد النيتروجينية
  • 2.1 العطرية
  • 2.2 امتصاص ضوء الأشعة فوق البنفسجية
  • 2.3 الذوبان في الماء
• 3 قواعد النيتروجين ذات الاهتمام البيولوجي
• 4 كيف يتزاوجون؟?
  • 4.1 قاعدة الشحن
• 5 وظائف
  • 5.1 الكتل الهيكلية للأحماض النووية
  • 5.2 الكتل الهيكلية من ثلاثي الفوسفات النيوكليوسيدي
  • 5.3 autacoid
  • 5.4 الكتل الهيكلية للعناصر التنظيمية
  • 5.5 الكتل الهيكلية للأنزيمات
• 6 المراجع

هيكل وتصنيف

القواعد النيتروجينية هي جزيئات مسطحة ، من النوع العطري وغير المتجانس الحلقي ، والتي تشتق عادة من البيورينات أو البيريميدين..

حلقة من بيريميدين

حلقة البيريميدين عبارة عن حلقات عطرية غير متجانسة تضم ستة أعضاء وذرتين من النيتروجين. يتم ترقيم الذرات في اتجاه عقارب الساعة.

حلقة البيورين

تتكون حلقة البيورين من نظام ثنائي الحلقتين: أحدهما يشبه هيكليا حلقة البيريميدين وآخر يشبه حلقة الإيميدازول. تنصهر هذه الذرات التسعة في حلقة واحدة.

حلقة البيريميدين هي نظام مسطح ، في حين تحيد البيورينات قليلاً عن هذا النمط. تم الإبلاغ عن تجعد بسيط أو تجعد بين حلقة الإيميدازول وحلقة بيريميدين..

خواص القواعد النيتروجينية

الأروماتية

في الكيمياء العضوية ، أ خاتم عطري يتم تعريفه على أنه جزيء يكون لإلكترونات الرابطة الثنائية دوران حر داخل الهيكل الدوري. يوفر تنقل الإلكترونات داخل الحلقة ثباتًا للجزيء - إذا قارناها بالجزيء نفسه - ولكن مع الإلكترونات المثبتة في الروابط المزدوجة.

تمنحهم الطبيعة العطرية لهذا النظام الدائري القدرة على تجربة ظاهرة تسمى keto-enol tautomería.

وهذا هو ، البيورينات والبيريميدين موجودة في أزواج tutomeric. توتوميرات كيتو هي الغالبة في درجة الحموضة المحايدة لقواعد اليوراسيل ، الثيمين ، الجوانيين. في المقابل ، شكل enol هو الغالب السيتوزين ، في درجة الحموضة محايدة. هذا الجانب أساسي لتشكيل جسور الهيدروجين بين القواعد.

امتصاص ضوء الأشعة فوق البنفسجية

خاصية أخرى من البيورينات والبيريميدين هي قدرتها على امتصاص الضوء فوق البنفسجي بقوة (ضوء الأشعة فوق البنفسجية). هذا النمط من الامتصاص هو نتيجة مباشرة للعطرية من الحلقات غير المتجانسة.

طيف الامتصاص لديه ما يقرب من 260 نانومتر كحد أقصى. يستخدم الباحثون هذا النمط لتحديد كمية الحمض النووي في عيناتهم.

الذوبان في الماء

بفضل الطابع العطري القوي للقواعد النيتروجينية ، فإن هذه الجزيئات غير قابلة للذوبان عملياً في الماء.

القواعد النيتروجينية ذات الأهمية البيولوجية

على الرغم من وجود عدد كبير من القواعد النيتروجينية ، إلا أننا نجد القليل منها في البيئات الخلوية للكائنات الحية.

أكثر أنواع البيريميدين شيوعًا هي السيتوسين ، اليوراسيل ، والثيمين (5 ميثيل يوراسيل). السيتوزين والثيمين هما البريميدين اللذين نجدهما عادة في اللولب المزدوج للحمض النووي ، في حين أن السيتوزين والوراسيل شائعان في الرنا. لاحظ أن الفرق الوحيد بين اليوراسيل والثيمين هو مجموعة ميثيل على الكربون 5.

وبالمثل ، فإن البيورينات الأكثر شيوعًا هي الأدينين (6 - أميني بيورين) وجوانيين (2 - أميني - 6 - أوكسي بيورين). هذه المركبات وفيرة في كل من جزيئات الحمض النووي والحمض النووي الريبي.

هناك مشتقات أخرى من البيورينات التي نجدها بشكل طبيعي في الخلية ، من بينها الزانثين وهيبوكسانثين وحمض اليوريك. يمكن العثور على الأولين في الأحماض النووية ، ولكن بطريقة نادرة للغاية وفي الوقت المحدد. في المقابل ، لم يتم العثور على حمض اليوريك أبدًا كمكون هيكلي لهذه الجزيئات الحيوية.

كيف يتزاوجون؟?

تم توضيح بنية الحمض النووي من قبل الباحثين واتسون وكريك. بفضل دراسته ، كان من الممكن استنتاج أن الحمض النووي هو الحلزون المزدوج. يتكون من سلسلة طويلة من النيوكليوتيدات المرتبطة بروابط فوسفات ، والتي تشكل فيها مجموعة الفوسفات جسراً بين مجموعات الهيدروكسيل (-OH) من بقايا السكر.

يشبه الهيكل الذي وصفناه للتو الدرج جنبًا إلى جنب مع الدرابزين الخاص به. القواعد النيتروجينية هي نظائرها على السلالم ، والتي يتم تجميعها في اللولب المزدوج عن طريق جسور الهيدروجين.

في جسر الهيدروجين ، تشترك ذرتان كهربائيتان بروتون بين القواعد. لتكوين جسر هيدروجين ، من الضروري مشاركة ذرة هيدروجين بشحنة موجبة خفيفة ومستقبل ذو شحنة سالبة صغيرة.

يتكون الجسر بين H و O. هذه الروابط ضعيفة ، ويجب أن تكون ، لأن الحمض النووي يجب أن يفتح بسهولة للتكرار.

قاعدة شارجاف

تشكل الأزواج القاعدية روابط الهيدروجين التي تتبع نمط تزاوج البيورين بيريميدين التالي المعروف باسم قاعدة Chargaff: أزواج قوانيين مع السيتوزين والأدينين مع الثيمين.

يشكل زوج GC ثلاث ذرات هيدروجين معًا ، بينما لا يتم ربط زوج AT إلا بجسرين. وبالتالي ، يمكننا أن نتوقع أن الحمض النووي مع ارتفاع محتوى GC سيكون أكثر استقرارا.

كل من السلاسل (أو الدرابزين في قياسنا) ، تعمل في اتجاهين متعاكسين: واحد 5 '→ 3' والآخر 3 '→ 5'.

وظائف

الكتل الهيكلية للأحماض النووية

الكائنات العضوية تقدم نوعًا من الجزيئات الحيوية تسمى الأحماض النووية. هذه هي البوليمرات ذات الحجم الكبير المكونة من المونومرات المتكررة: النيوكليوتيدات ، المتحده عن طريق نوع خاص من الروابط ، تسمى رابطة فسفودايستر. يتم تصنيفها إلى نوعين أساسيين ، الحمض النووي والحمض النووي الريبي.

يتشكل كل نيوكليوتيد بواسطة مجموعة فوسفات وسكر (من نوع الديوكسي ريبوز في الحمض النووي الريبوز في الحمض النووي الريبي) ، وواحد من القواعد النيتروجينية الخمس: A و T و G و C و U. عندما تكون مجموعة الفوسفات والجزيء يسمى نيوكليوسيد.

في الحمض النووي

الحمض النووي هو المادة الوراثية للكائنات الحية (باستثناء بعض الفيروسات التي تستخدم الحمض النووي الريبي بشكل رئيسي). باستخدام كود القواعد الأربعة ، يحتوي الحمض النووي على تسلسل لجميع البروتينات الموجودة في الكائنات الحية ، إلى جانب العناصر التي تنظم التعبير عن نفسه.

يجب أن يكون هيكل الحمض النووي مستقراً ، لأن الكائنات الحية تستخدمه لتشفير المعلومات. ومع ذلك ، فهو جزيء عرضة للتغييرات ، ودعا الطفرات. هذه التغييرات في المادة الوراثية هي المادة الأساسية للتغيير التطوري.

في الحمض النووي الريبي

مثل الحمض النووي ، الحمض النووي الريبي هو بوليمر من النيوكليوتيدات ، باستثناء أن يتم استبدال قاعدة T بواسطة U. هذا الجزيء في شكل شريط بسيط ويؤدي مجموعة واسعة من الوظائف البيولوجية.

في الخلية ، هناك ثلاثة RNAs الرئيسية. Messenger RNA هو وسيط بين تكوين الحمض النووي والبروتين. إنه مسؤول عن نسخ المعلومات الموجودة في الحمض النووي ونقلها إلى آلية ترجمة البروتين. يمثل الحمض النووي الريبي الريباسي ، وهو النوع الثاني ، جزءًا هيكليًا من هذه الآلية المعقدة.

النوع الثالث ، أو نقل الحمض النووي الريبي ، هو المسؤول عن حمل بقايا الأحماض الأمينية المناسبة لتوليف البروتينات.

بالإضافة إلى الحمض النووي الريبي "التقليدي" الثلاثة ، هناك عدد من الحمض النووي الريبي الصغير تشارك في تنظيم التعبير الجيني ، لأنه في الخلية ، لا يمكن التعبير عن جميع الجينات المشفرة في الحمض النووي بشكل مستمر وبالقدر نفسه..

من الضروري أن يكون للكائنات الحية طرق لتنظيم جيناتها ، أي تقرير ما إذا كانت تعبر عنها أم لا. بشكل مشابه ، تتكون المادة الوراثية فقط من قاموس للكلمات باللغة الإسبانية ، وآلية التنظيم تسمح بتكوين عمل أدبي.

الكتل الهيكلية من ثلاثي الفوسفات النيوكليوسيدي

القواعد النيتروجينية هي جزء من ثلاثي الفوسفات النيوكليوسيدي ، وهو جزيء ، مثل الحمض النووي الريبي النووي الريبي ، والحمض النووي الريبي ، له أهمية بيولوجية. بالإضافة إلى القاعدة ، تتكون من مجموعة فنتوز وثلاث مجموعات فوسفات مرتبطة ببعضها البعض عن طريق روابط عالية الطاقة..

بفضل هذه الروابط ، فإن ثلاثي الفوسفات النيوكليوسيد عبارة عن جزيئات غنية بالطاقة وهي المنتج الرئيسي لمسارات التمثيل الغذائي التي تسعى إلى إطلاق الطاقة. من بين الأكثر استخداما ATP.

يتكون ATP أو أدينوسين ثلاثي الفوسفات من قاعدة الأدينين النيتروجينية ، المرتبطة بالكربون الموجود في الموضع 1 من السكر من نوع البنتوز: الريبوز. في الموضع الخامس من هذه الكربوهيدرات ، ترتبط مجموعات الفوسفات الثلاث.

بشكل عام ، ATP هي عملة الطاقة للخلية ، حيث يمكن استخدامها وتجديدها بسرعة. العديد من المسارات الأيضية الشائعة بين الكائنات العضوية تستخدم وتنتج ATP.

تعتمد "قوتها" على روابط الطاقة العالية ، التي شكلتها مجموعات الفوسفات. الشحنات السلبية لهذه المجموعات في تنافر مستمر. هناك أسباب أخرى تهيء للتحلل المائي في ATP ، بما في ذلك الثبات عن طريق الرنين والمذيبات..

دواء تلقائي

على الرغم من أن معظم النيوكليوسيدات تفتقر إلى نشاط بيولوجي كبير ، إلا أن الأدينوزين هو استثناء ملحوظ في الثدييات. هذه الوظائف بمثابة autacoid ، مماثلة لـ "هرمون موضعي" وكمحرر عصبي.

يدور هذا النيوكليوسيد بحرية في مجرى الدم ويعمل محليا ، مع تأثيرات مختلفة على تمدد الأوعية الدموية وانقباضات العضلات الملساء وتفريغ الخلايا العصبية وإطلاق الناقل العصبي وفي استقلاب الدهون. يرتبط أيضا بتنظيم معدل ضربات القلب.

ويشارك هذا الجزيء أيضًا في تنظيم أنماط النوم. تركيز الأدينوزين يزيد ويعزز التعب. هذا هو السبب في أن الكافيين يساعد في إبقائنا مستيقظين: فهو يمنع التفاعلات العصبية مع الأدينوزين خارج الخلية.

الكتل الهيكلية للعناصر التنظيمية

تمتلك كمية كبيرة من المسارات الأيضية الشائعة في الخلايا آليات تنظيمية تعتمد على مستويات ATP و ADP و AMP. جزيء إتاس الأخيران لهما نفس بنية ATP ، لكنهما فقدا مجموعة فوسفات واحدة ومجموعتين على التوالي.

كما ذكرنا في القسم السابق ، ATP هو جزيء غير مستقر. يجب أن تنتج الخلية ATP فقط عندما تحتاج إليها ، حيث يجب أن تستخدمها بسرعة. ATP في حد ذاته هو أيضًا عنصر ينظم مسارات التمثيل الغذائي ، لأن وجوده يشير إلى الخلية أنه لا ينبغي لها إنتاج المزيد من ATP.

في المقابل ، تحذر مشتقاتها المتحللة (AMP) الخلية من أن ATP ينفد ويجب أن ينتج المزيد. وبالتالي ، تقوم AMP بتنشيط المسارات الأيضية لإنتاج الطاقة ، مثل تحلل السكر.

وبالمثل ، يتم التوسط داخل العديد من الإشارات المشابهة للهرمونات (مثل تلك المشاركة في عملية التمثيل الغذائي للجليكوجين) بواسطة جزيئات cAMP (يكون c دوريًا) أو بواسطة متغير مماثل ولكن مع وجود غوانين في بنيته: cGMP.

كتل هيكلية من أنزيمات

في خطوات متعددة من مسارات التمثيل الغذائي ، لا تستطيع الإنزيمات أن تعمل بمفردها. يحتاجون إلى جزيئات إضافية حتى يتمكنوا من أداء وظائفهم ؛ تسمى هذه العناصر أنزيمات أو ركائز مشتركة ، ويكون المصطلح الأخير أكثر ملاءمة ، لأن الإنزيمات ليست نشطة الحفاز.

في هذه التفاعلات الحفزية ، هناك حاجة لنقل الإلكترونات أو مجموعة الذرات إلى ركيزة أخرى. الجزيئات المساعدة التي تشارك في هذه الظاهرة هي الإنزيمات المساعدة.

القواعد النيتروجينية هي عناصر هيكلية للعوامل المساعدة المذكورة. من بين الأكثر شهرة هي النيوكليوتيدات بيريميدين (NAD)⁺, NADP⁺) ، و FMN ، و FAD ، و أنزيم أ. يشاركون في مسارات أيضية مهمة للغاية ، مثل تحلل السكر ، ودورة كريبس ، والتمثيل الضوئي ، وغيرها..

على سبيل المثال ، تعد النيوكليوتيدات بيريميدين من الإنزيمات المهمة جدًا للأنزيمات ذات نشاط هيدروجينيز ، وهي مسؤولة عن نقل أيونات الهيدريد..

مراجع

1. Alberts، B.، Bray، D.، Hopkin، K.، Johnson، A.D، Lewis، J.، Raff، M.، ... & Walter، P. (2013). بيولوجيا الخلية الأساسية. علوم الطوق.
2. Cooper، G. M.، & Hausman، R. E. (2007). الخلية: نهج الجزيئي. واشنطن العاصمة ، سندرلاند ، ماساتشوستس.
3. غريفيث ، إيه جاي (2002). التحليل الجيني الحديث: دمج الجينات والجينومات. ماكميلان.
4. Griffiths، A.J.، Wessler، S.R.، Lewontin، R.C، Gelbart، W.M.، Suzuki، D.T.، & Miller، J.H (2005). مقدمة في التحليل الجيني. ماكميلان.
5. Koolman، J.، & Röhm، K. H. (2005). الكيمياء الحيوية: النص والأطلس. Ed. Panamericana Medical.
6. Passarge، E. (2009). النص الجيني والأطلس. Ed. Panamericana Medical.