TYPPIEMÄKSET: LUOKITTELU JA TOIMINNOT - BIOLOGIA - 2025

Typpipitoiset emäkset ovat orgaanisia yhdisteitä, heterosyklisesti runsaasti typpeä. Ne ovat osa nukleiinihappojen ja muiden biologisesti kiinnostavien molekyylien rakennuspalikoita, kuten nukleosidit, dinukleotidit ja solunsisäiset lähettiläät. Toisin sanoen typpipitoiset emäkset ovat osa yksiköitä, jotka muodostavat nukleiinihappoja (RNA ja DNA) ja muita mainittuja molekyylejä.

Typpipitoisia emäksiä on kaksi pääryhmää: puriini- tai puriiniemäkset ja pyrimidiini- tai pyrimidiiniemäkset. Adeniini ja guaniini kuuluvat ensimmäiseen ryhmään, kun taas tymiini, sytosiini ja urasiili ovat pyrimidiiniemäksiä. Nämä emäkset on yleensä merkitty niiden ensimmäisellä kirjaimella: A, G, T, C ja U.

Eri typpipitoiset emäkset DNA: ssa ja RNA: ssa.

Lähde: Käyttäjä: Sponktranslation: Käyttäjä: Jcfidy

DNA: n rakennuspalikat ovat A, G, T ja C. Tässä emäsjärjestyksessä koodataan kaikki elävän organismin rakentamiseen ja kehitykseen tarvittava tieto. RNA: ssa komponentit ovat samat, vain T korvataan U: lla.

Rakenne ja luokittelu

Typpiemäkset ovat aromaattisen ja heterosyklisen tyyppisiä litteitä molekyylejä, jotka ovat yleensä johdettuja puriineista tai pyrimidineistä.

Pyrimidiinirengas

Pyrimidiinin kemiallinen rakenne.

Pyrimidiinirengas on kuusijäseninen heterosyklinen aromaattinen rengas, jossa on kaksi typpiatomia. Atomit on numeroitu myötäpäivään.

Puriini rengas

Puriinin kemiallinen rakenne.

Puriinirengas koostuu kaksirenkaisesta järjestelmästä: toinen on rakenteellisesti samanlainen kuin pyrimidiinirengas ja toinen on samanlainen kuin imidatsolirengas. Nämä yhdeksän atomia sulautuvat yhteen renkaaseen.

Pyrimidiinirengas on litteä järjestelmä, kun taas puriinit poikkeavat jonkin verran tästä kuviosta. Imidatsolirenkaan ja pyrimidiinirenkaan välillä on ilmoitettu vähäistä rypistymistä tai ryppyä.

Typpipitoisten emästen ominaisuudet

aromaattisuuteen

Orgaanisessa kemiassa aromaattinen rengas määritellään molekyyliksi, jonka kaksoissidoksista peräisin olevilla elektroneilla on vapaa kierto syklisessä rakenteessa. Elektronien liikkuvuus renkaan sisällä antaa stabiilisuuden molekyylille - jos vertaamme sitä samaan molekyyliin -, mutta kaksoissidoksissa kiinnittyneiden elektronien kanssa.

Tämän rengasjärjestelmän aromaattinen luonne antaa heille kyvyn kokea ilmiö, jota kutsutaan keto-enol-tautomerismiksi.

Toisin sanoen puriineja ja pyrimidinejä esiintyy tautomeerisissä pareissa. Keto-tautomeerit ovat hallitsevia neutraalissa pH: ssa emäksisten urasiilin, tymiinin ja guaniinin suhteen. Sitä vastoin enolimuoto on hallitseva sytosiinille neutraalissa pH: ssa. Tämä näkökohta on välttämätön vety sidosten muodostumiselle emästen välillä.

UV-valon absorptio

Toinen puriinien ja pyrimidiinien ominaisuus on niiden kyky absorboida voimakkaasti ultraviolettivaloa (UV-valoa). Tämä absorptiokuvio on suora seuraus sen heterosyklisten renkaiden aromaattisuudesta.

Absorptiospektrin maksimimäärä on lähellä 260 nm. Tutkijat käyttävät tätä standardia näytteiden DNA: n määrän määrittämiseen.

Vesiliukoisuus

Typpipitoisten emästen vahvan aromaattisen luonteen ansiosta nämä molekyylit ovat käytännössä liukenemattomia veteen.

Biologisesti kiinnostavat typpiemäkset

Vaikka typpipitoisia emäksiä on suuri määrä, elävien organismien soluympäristöistä löytyy niistä vain muutamia.

Yleisimmät pyrimidiinit ovat sytosiini, urasiili ja tymiini (5-metyyliaurasiili). Sytosiini ja tymiin ovat pyrimidiinit, joita tyypillisesti löytyy DNA-kaksoiskierroksesta, kun taas sytosiini ja urasiili ovat yleisiä RNA: ssa. Huomaa, että ainoa ero urasiilin ja tymiinin välillä on metyyliryhmä hiilessä 5.

Samoin yleisimmät puriinit ovat adeniini (6-amino puriini) ja guaniini (2-amino-6-oksi puriini). Näitä yhdisteitä on runsaasti sekä DNA- että RNA-molekyyleissä.

On muita puriinijohdannaisia, joita löydämme luonnollisesti solusta, mm. Ksantiinia, hypoksantiinia ja virtsahappoa. Kaksi ensimmäistä löytyy nukleiinihapoista, mutta hyvin harvinaisella ja spesifisellä tavalla. Sitä vastoin virtsahappoa ei koskaan löydetä näiden biomolekyylien rakenneosana.

Kuinka he paritellaan?

Tutkijat Watson ja Crick selvittivät DNA: n rakennetta. Heidän tutkimuksensa ansiosta oli mahdollista päätellä, että DNA on kaksoiskierre. Se koostuu pitkästä nukleotidiketjusta, jotka on kytketty fosfodiesterisidoksilla, joissa fosfaattiryhmä muodostaa sillan sokerijäännösten hydroksyyliryhmien (-OH) välille.

Äskettäin kuvattu rakenne muistuttaa tikkaita yhdessä niiden kaidejen kanssa. Typpipitoiset emäkset ovat portaiden analogit, jotka on ryhmitelty kaksoiskierreeseen vety sidosten avulla.

Vety- sillassa kahdella elektronegatiivisella atomilla on protoni emästen välillä. Vedosidoksen muodostumiseen tarvitaan vetyatomin, jolla on pieni positiivinen varaus, ja akceptorin, jolla on pieni negatiivinen varaus, osallistuminen.

Silta muodostetaan H: n ja O: n välille. Nämä sidokset ovat heikkoja ja niiden täytyy olla, koska DNA: n on avauduttava helposti replikoitumaan.

Chargaff-sääntö

Emäsparit muodostavat vety sidoksia seuraamalla seuraavaa puriini-pyrimidiini-pariliitoskuviota, joka tunnetaan nimellä Chargaffin sääntö: guaniiniparit sytosiinin kanssa ja adeniiniparit tymiinin kanssa.

GC-pari muodostaa kolme vetykanisteria toisiinsa, kun taas AT-pari on kytketty vain kahdella sillalla. Siksi voimme ennustaa, että korkeamman GC-pitoisuuden omaava DNA on stabiilimpi.

Kukin ketju (tai kaiteemme analogisesti) kulkee vastakkaisiin suuntiin: yksi 5 ′ → 3 ′ ja toinen 3 ′ → 5 ′.

ominaisuudet

Nukleiinihappojen rakennuspalikat

Orgaanisissa olennoissa on tyyppi biomolekyylejä, joita kutsutaan nukleiinihapoiksi. Nämä ovat suurikokoisia polymeerejä, jotka koostuvat toistuvista monomeereistä - nukleotideista, joihin on liitetty erityinen sidos, nimeltään fosfodiesterisidos. Ne luokitellaan kahteen perustyyppiin, DNA: han ja RNA: han.

Jokainen nukleotidi koostuu fosfaattiryhmästä, sokerista (deoksiriboosityyppi DNA: ssa ja riboosista RNA: ssa) ja yhdestä viidestä typpipohjaisesta emäksestä: A, T, G, C ja U. Kun fosfaattiryhmää ei ole läsnä, molekyyliä kutsutaan nukleosidiksi.

DNA: ssa

DNA on elävien olentojen geenimateriaali (lukuun ottamatta joitain viruksia, jotka käyttävät pääasiassa RNA: ta). 4-emäksistä koodia käyttämällä DNA: lla on sekvenssi kaikille organismeissa esiintyville proteiineille, samoin kuin elementeille, jotka säätelevät niiden ilmentymistä.

DNA: n rakenteen on oltava vakaa, koska organismit käyttävät sitä tiedon koodaamiseen. Se on kuitenkin muutoksille altis molekyyli, jota kutsutaan mutaatioiksi. Nämä geneettisen materiaalin muutokset ovat evoluutiovaiheen perusaineistoa.

RNA: ssa

Kuten DNA, RNA on nukleotidipolymeeri, paitsi että emäs T korvataan U: lla. Tämä molekyyli on yhden nauhan muodossa ja suorittaa laajan valikoiman biologisia toimintoja.

Solussa on kolme pää-RNA: ta. Messenger RNA on välittäjä DNA: n ja proteiinin muodostumisen välillä. Sen tehtävänä on kopioida tiedot DNA: han ja viedä ne proteiinin translaation koneisiin. Ribosomaalinen RNA, toinen tyyppi, on rakenteellinen osa tätä monimutkaista koneistoa.

Kolmas tyyppi, tai siirto-RNA, vastaa sopivien aminohappotähteiden kantamisesta proteiinien synteesiä varten.

Kolmen "perinteisen" RNA: n lisäksi on joukko pieniä RNA: ita, jotka osallistuvat geeniekspression säätelyyn, koska kaikkia DNA: han koodattuja geenejä ei voida ekspressoida jatkuvasti ja samalla suuruudella solussa.

Organismeilla on oltava polut geeniensä säätelemiseksi, toisin sanoen, jotta voidaan päättää, ekspressoituvatko ne. Samoin geneettinen materiaali koostuu vain espanjankielisten sanakirjoista, ja sääntelymekanismi mahdollistaa kirjallisen teoksen muodostumisen.

Nukleosiditrifosfaattien rakennuspalikat

Typpiemäkset ovat osa nukleosiditrifosfaatteja, molekyyli, joka, kuten DNA ja RNA, on biologisesti kiinnostava. Emäksen lisäksi se koostuu pentoosista ja kolmesta fosfaattiryhmästä, jotka on liitetty toisiinsa korkeaenergisillä sidoksilla.

Näiden sidosten ansiosta nukleosiditrifosfaatit ovat runsaasti energiaa sisältäviä molekyylejä ja ovat tärkein tuote aineenvaihduntareiteille, jotka pyrkivät vapauttamaan energiaa. Käytetyimpiä on ATP.

ATP tai adenosiinitrifosfaatti koostuu typpipitoisesta adeniinista, joka on kytketty pentoosityyppisen sokerin: riboosin asemassa 1 olevaan hiileen. Tämän hiilihydraatin asemassa viisi kaikki kolme fosfaattiryhmää ovat kytkettyinä.

Yleensä ATP on solun energiavaluutta, koska sitä voidaan käyttää ja regeneroida nopeasti. Orgaanisten aineiden joukossa monet yleiset aineenvaihduntareitit käyttävät ja tuottavat ATP: tä.

Sen "teho" perustuu korkean energian sidosryhmiin, jotka muodostuvat fosfaattiryhmistä. Näiden ryhmien negatiiviset varaukset ovat jatkuvassa heikentymisessä. On muitakin syitä, jotka altistavat hydrolyysille ATP: ssä, mukaan lukien resonanssistabilointi ja solvaattio.

autakoidi

Vaikka useimmista nukleosideista puuttuu merkittävää biologista aktiivisuutta, adenosiini on huomattava poikkeus nisäkkäissä. Tämä toimii autakoidina, analogisena "paikalliselle hormonille" ja neuromodulaattorina.

Tämä nukleosidi kiertää vapaasti verenkierrossa ja toimii paikallisesti, ja sillä on erilaisia ​​vaikutuksia verisuonten laajentumiseen, sileiden lihasten supistuksiin, hermosolujen purkautumiseen, välittäjäaineiden vapautumiseen ja rasvan aineenvaihduntaan. Se liittyy myös sykkeen säätelyyn.

Tämä molekyyli on myös mukana unen rakenteiden säätelyssä. Adenosiinipitoisuus kasvaa ja edistää väsymystä. Siksi kofeiini auttaa meitä pysymään hereillä: se estää hermosolujen vuorovaikutuksen solunulkoisen adenosiinin kanssa.

Sääntelyelementtien rakenneosat

Merkittävällä määrällä solujen yleisiä metabolisia reittejä on säätelymekanismeja, jotka perustuvat ATP: n, ADP: n ja AMP: n tasoon. Näillä kahdella viimeisellä molekyylillä on sama rakenne kuin ATP: llä, mutta ne ovat menettäneet vastaavasti yhden ja kaksi fosfaattiryhmää.

Kuten mainitsimme edellisessä osassa, ATP on epävakaa molekyyli. Solun tulisi tuottaa ATP: tä vain tarvittaessa, koska sen on käytettävä sitä nopeasti. Itse ATP on myös elementti, joka säätelee aineenvaihduntareittejä, koska sen läsnäolo osoittaa solulle, että sen ei pitäisi tuottaa enemmän ATP: tä.

Sen sijaan sen hydrolysoidut johdannaiset (AMP) varoittavat solua siitä, että ATP on loppumassa ja että sen on tuotettava enemmän. Siten AMP aktivoi aineenvaihduntareittejä energian tuottamiseksi, kuten glykolyysi.

Samoin monia hormonaalisen tyyppisiä signaaleja (kuten glykogeenimetaboliaan osallistuvia) välitetään solunsisäisesti cAMP-molekyyleillä (c on syklinen) tai vastaavalla muunnelmalla, mutta rakenteessa guaniinilla: cGMP.

Koentsyymit

Useissa vaiheissa metaboliareiteissä entsyymit eivät voi toimia yksin. He tarvitsevat lisämolekyylejä voidakseen suorittaa tehtävänsä; Näitä elementtejä kutsutaan koentsyymeiksi tai kosubstraateiksi, jälkimmäinen termi on sopivampi, koska koentsyymit eivät ole katalyyttisesti aktiivisia.

Näissä katalyyttisissä reaktioissa on tarve siirtää elektronit tai atomiryhmä toiseen substraattiin. Apumolekyylit, jotka osallistuvat tähän ilmiöön, ovat koentsyymejä.

Typpiemäkset ovat näiden kofaktorien rakenneosia. Tunnetuimpia ovat pyrimidiininukleotidit (NAD ⁺, NADP ⁺), FMN, FAD ja koentsyymi A. Ne osallistuvat erittäin tärkeisiin aineenvaihduntareitteihin, kuten glykolyysi, Krebs-sykli, fotosynteesi, mm.

Esimerkiksi pyrimidiininukleotidit ovat erittäin tärkeitä entsyymien koentsyymejä, joilla on dehydrogenaasiaktiivisuutta, ja ne ovat vastuussa hydridi-ionien kuljettamisesta.

Viitteet

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M.,… ja Walter, P. (2013). Oleellinen solubiologia. Garland Science.
2. Cooper, GM, ja Hausman, RE (2007). Solu: molekyylinäkökulma. Washington DC, Sunderland, MA.
3. Griffiths, AJ (2002). Moderni geenianalyysi: geenien ja genomien integrointi. Macmillan.
4. Griffiths, AJ, Wessler, SR, Lewontin, RC, Gelbart, WM, Suzuki, DT, ja Miller, JH (2005). Johdanto geenianalyysiin. Macmillan.
5. Koolman, J., & Röhm, KH (2005). Biokemia: teksti ja atlas. Panamerican Medical Ed.
6. Passarge, E. (2009). Genetiikan teksti ja atlas. Panamerican Medical Ed.