ASAS NITROGEN: PENGELASAN DAN FUNGSI - BIOLOGI - 2025

The pangkalan nitrogenous adalah sebatian organik heterocyclically kaya dengan nitrogen. Mereka adalah sebahagian daripada blok bangunan asid nukleik dan molekul lain yang mempunyai kepentingan biologi, seperti nukleosida, dinukleotida dan utusan intraselular. Dengan kata lain, asas nitrogen adalah bahagian unit yang membentuk asid nukleik (RNA dan DNA) dan molekul lain yang disebutkan.

Terdapat dua kumpulan asas nitrogenous: asas purin atau purin dan asas pyrimidine atau pyrimidine. Adenine dan guanine termasuk dalam kumpulan pertama, sementara timin, sitosin dan urasil adalah asas pirimidin. Pangkalan ini umumnya dilambangkan dengan huruf pertama mereka: A, G, T, C, dan U.

Asas nitrogen yang berbeza dalam DNA dan RNA.
Sumber: Pengguna: Sponktranslation: Pengguna: Jcfidy

Blok binaan DNA adalah A, G, T dan C. Dalam susunan pangkalan ini, semua maklumat yang diperlukan untuk pembinaan dan pengembangan organisma hidup dikodkan. Dalam RNA, komponennya sama, hanya T yang digantikan oleh U.

Struktur dan klasifikasi

Asas nitrogen adalah molekul rata, dari jenis aromatik dan heterosiklik, yang umumnya berasal dari purin atau pirimidin.

Cincin piramidin

Struktur kimia pyrimidine.

Cincin pyrimidine adalah cincin aromatik heterosiklik enam anggota dengan dua atom nitrogen. Atom diberi nombor mengikut arah jam.

Cincin purin

Struktur kimia purin.

Lingkaran purin terdiri daripada sistem dua-gelang: satu serupa strukturnya dengan cincin pyrimidine dan yang lain serupa dengan cincin imidazol. Sembilan atom ini menyatu menjadi satu cincin.

Cincin pyrimidine adalah sistem rata, sementara purin sedikit menyimpang dari corak ini. Terdapat sedikit lipatan atau kerutan di antara cincin imidazol dan cincin pyrimidine.

Sifat-sifat asas nitrogen

Aromatik

Dalam kimia organik, cincin aromatik didefinisikan sebagai molekul yang elektronnya dari ikatan berganda mempunyai peredaran bebas dalam struktur siklik. Mobiliti elektron dalam gelang memberikan kestabilan molekul -jika kita membandingkannya dengan molekul yang sama-, tetapi dengan elektron yang terpaku dalam ikatan berganda.

Sifat aromatik sistem cincin ini memberi mereka keupayaan untuk mengalami fenomena yang disebut ketomer-enol tautomerisme.

Maksudnya, purin dan pyrimidin wujud dalam pasangan tautomer. Tatoomomer keto dominan pada pH netral untuk asas urasil, timin, dan guanin. Sebaliknya, bentuk enol dominan untuk sitosin, pada pH neutral. Aspek ini penting untuk pembentukan ikatan hidrogen antara asas.

Penyerapan cahaya UV

Satu lagi sifat purin dan pyrimidin adalah keupayaan mereka untuk menyerap sinar ultraviolet (sinar UV) dengan kuat. Corak penyerapan ini adalah akibat langsung dari aromatik cincin heterosikliknya.

Spektrum penyerapan mempunyai maksimum hampir 260 nm. Penyelidik menggunakan standard ini untuk mengukur jumlah DNA dalam sampel mereka.

Keterlarutan air

Berkat sifat aromatik yang kuat dari asas nitrogen, molekul ini praktikal tidak larut dalam air.

Asas nitrogen kepentingan biologi

Walaupun terdapat sebilangan besar asas nitrogen, kita hanya menemui sebilangan kecil secara semula jadi di persekitaran sel organisma hidup.

Pyrimidin yang paling biasa adalah sitosin, urasil, dan timin (5-metiluracil). Sitosin dan timin adalah pyrimidin yang biasanya terdapat pada heliks ganda DNA, sementara sitosin dan urasil adalah biasa dalam RNA. Perhatikan bahawa satu-satunya perbezaan antara urasil dan timin adalah kumpulan metil pada karbon 5.

Begitu juga, purin yang paling biasa adalah adenin (6-amino purine) dan guanine (2-amino-6-oxy purine). Sebatian ini banyak terdapat dalam molekul DNA dan RNA.

Terdapat turunan purin lain yang kita dapati secara semula jadi di dalam sel, antaranya xanthine, hypoxanthine dan asam urat. Dua yang pertama boleh didapati dalam asid nukleik, tetapi dengan cara yang sangat jarang dan spesifik. Sebaliknya, asid urik tidak pernah dijumpai sebagai komponen struktur biomolekul ini.

Bagaimana mereka berkawan?

Struktur DNA dijelaskan oleh penyelidik Watson dan Crick. Berkat kajian mereka, dapat disimpulkan bahawa DNA adalah heliks berganda. Ia terdiri dari rantai nukleotida panjang yang dihubungkan oleh ikatan fosfodiester, di mana kumpulan fosfat membentuk jambatan antara kumpulan hidroksil (-OH) residu gula.

Struktur yang baru saja kita jelaskan menyerupai tangga bersama dengan pegangan tangan masing-masing. Asas nitrogen adalah analog dengan tangga, yang dikelompokkan dalam heliks berganda dengan ikatan hidrogen.

Di jambatan hidrogen, dua atom elektronegatif berkongsi proton antara asas. Untuk pembentukan ikatan hidrogen, penyertaan atom hidrogen dengan muatan positif sedikit dan akseptor dengan muatan negatif kecil diperlukan.

Jambatan terbentuk antara H dan O. Ikatan ini lemah, dan mesti ada, kerana DNA mesti terbuka dengan mudah untuk ditiru.

Peraturan Chargaff

Pasangan asas membentuk ikatan hidrogen berikut corak pasangan purine-pyrimidine berikut yang dikenali sebagai peraturan Chargaff: pasangan guanin dengan sitosin dan pasangan adenin dengan timin.

Pasangan GC membentuk tiga tabung hidrogen satu sama lain, sementara pasangan AT dihubungkan hanya oleh dua jambatan. Oleh itu, kita dapat meramalkan bahawa DNA dengan kandungan GC yang lebih tinggi akan lebih stabil.

Setiap rantai (atau pegangan tangan dalam analogi kami), berlari ke arah yang bertentangan: satu 5 ′ → 3 ′ dan yang lain 3 ′ → 5 ′.

ciri-ciri

Blok binaan asid nukleik

Makhluk organik menunjukkan sejenis biomolekul yang disebut asid nukleik. Ini adalah polimer yang sangat besar yang terdiri daripada monomer berulang - nukleotida, bergabung dengan jenis ikatan khas, yang disebut ikatan fosfodiester. Mereka dikelaskan kepada dua jenis asas, DNA dan RNA.

Setiap nukleotida terdiri dari kumpulan fosfat, gula (jenis deoxyribose dalam DNA dan ribosa dalam RNA), dan salah satu daripada lima asas nitrogen: A, T, G, C dan U. Apabila kumpulan fosfat tidak ada molekul dipanggil nukleosida.

Dalam DNA

DNA adalah bahan genetik makhluk hidup (kecuali beberapa virus yang menggunakan RNA terutamanya). Dengan menggunakan kod 4-asas, DNA mempunyai urutan untuk semua protein yang ada dalam organisma, serta unsur-unsur yang mengatur ekspresinya.

Struktur DNA mesti stabil, kerana organisma menggunakannya untuk menyandikan maklumat. Namun, molekul itu rentan terhadap perubahan, yang disebut mutasi. Perubahan dalam bahan genetik ini adalah bahan asas untuk perubahan evolusi.

Dalam RNA

Seperti DNA, RNA adalah polimer nukleotida, dengan pengecualian bahawa pangkalan T digantikan oleh U. Molekul ini dalam bentuk jalur tunggal dan memenuhi pelbagai fungsi biologi.

Di dalam sel, terdapat tiga RNA utama. Messenger RNA adalah perantara antara DNA dan pembentukan protein. Ia bertanggungjawab menyalin maklumat dalam DNA dan membawanya ke mesin terjemahan protein. Ribosomal RNA, jenis kedua, adalah bahagian struktur mesin kompleks ini.

Jenis ketiga, atau pemindahan RNA, bertanggungjawab membawa sisa asid amino yang sesuai untuk sintesis protein.

Sebagai tambahan kepada tiga RNA "tradisional", ada serangkaian RNA kecil yang berpartisipasi dalam pengaturan ekspresi gen, kerana semua gen yang dikodekan dalam DNA tidak dapat diekspresikan secara berterusan dan dalam ukuran yang sama dalam sel.

Organisme mesti mempunyai jalan untuk mengatur gen mereka, iaitu untuk memutuskan sama ada ia dinyatakan atau tidak. Begitu juga, bahan genetik hanya terdiri dari kamus kata-kata Sepanyol, dan mekanisme pengawalseliaan memungkinkan pembentukan karya sastera.

Blok binaan nukleosida trifosfat

Asas nitrogen adalah sebahagian daripada nukleosida trifosfat, molekul yang, seperti DNA dan RNA, mempunyai kepentingan biologi. Sebagai tambahan kepada dasar, ia terdiri daripada kumpulan pentosa dan tiga fosfat yang dihubungkan bersama dengan ikatan tenaga tinggi.

Berkat ikatan ini, nukleosida trifosfat adalah molekul yang kaya dengan tenaga dan merupakan produk utama jalur metabolik yang mencari pembebasan tenaga. Antara yang paling banyak digunakan ialah ATP.

ATP atau adenosin trifosfat terdiri daripada adenin asas nitrogen, dihubungkan dengan karbon yang terletak di kedudukan 1 gula jenis pentosa: ribosa. Di kedudukan lima karbohidrat ini, ketiga-tiga kumpulan fosfat dihubungkan.

Secara umum, ATP adalah mata wang tenaga sel, kerana ia dapat digunakan dan dihasilkan semula dengan cepat. Banyak laluan metabolik yang biasa di kalangan organik menggunakan dan menghasilkan ATP.

"Kekuatannya" didasarkan pada ikatan tenaga tinggi, yang dibentuk oleh kumpulan fosfat. Tuduhan negatif kumpulan ini terus menerus menjijikkan. Terdapat sebab lain yang menentukan hidrolisis dalam ATP, termasuk penstabilan dan pemecahan resonans.

Autacoid

Walaupun kebanyakan nukleosida kurang mempunyai aktiviti biologi yang signifikan, adenosin adalah pengecualian yang ketara pada mamalia. Ini berfungsi sebagai autacoid, serupa dengan "hormon tempatan" dan sebagai neuromodulator.

Nukleosida ini beredar secara bebas di aliran darah dan bertindak secara tempatan, dengan pelbagai kesan pada pelebaran saluran darah, kontraksi otot licin, pelepasan saraf, pelepasan neurotransmitter, dan metabolisme lemak. Ini juga berkaitan dengan pengaturan degupan jantung.

Molekul ini juga terlibat dalam pengaturan pola tidur. Kepekatan adenosin meningkat dan meningkatkan keletihan. Inilah sebabnya mengapa kafein membantu kita berjaga-jaga: ia menyekat interaksi neuron dengan adenosin ekstraselular.

Blok struktur elemen peraturan

Sebilangan besar jalur metabolik umum dalam sel mempunyai mekanisme pengawalseliaan berdasarkan tahap ATP, ADP dan AMP. Dua molekul terakhir ini mempunyai struktur yang sama dengan ATP, tetapi masing-masing telah kehilangan satu dan dua kumpulan fosfat.

Seperti yang telah kita sebutkan di bahagian sebelumnya, ATP adalah molekul yang tidak stabil. Sel hanya boleh menghasilkan ATP ketika memerlukannya, kerana sel itu mesti menggunakannya dengan cepat. ATP sendiri juga merupakan elemen yang mengatur jalur metabolik, kerana kehadirannya menunjukkan kepada sel bahawa ia tidak boleh menghasilkan lebih banyak ATP.

Sebaliknya, derivatif hidrolisisnya (AMP), memberi amaran kepada sel bahawa ATP hampir habis dan mesti menghasilkan lebih banyak. Oleh itu, AMP mengaktifkan jalan metabolik untuk pengeluaran tenaga, seperti glikolisis.

Begitu juga, banyak isyarat jenis hormon (seperti yang terlibat dalam metabolisme glikogen) dimediasi secara intraselular oleh molekul cAMP (c adalah untuk siklik) atau dengan varian yang serupa tetapi dengan guanin dalam strukturnya: cGMP.

Blok binaan koenzim

Pada beberapa langkah dalam proses metabolik, enzim tidak dapat bertindak sendiri. Mereka memerlukan molekul tambahan untuk dapat memenuhi fungsinya; Unsur-unsur ini disebut koenzim atau kosubstrat, istilah terakhir lebih sesuai, kerana koenzim tidak aktif secara pemangkin.

Dalam tindak balas pemangkin ini, terdapat keperluan untuk memindahkan elektron atau kumpulan atom ke substrat lain. Molekul bantu yang mengambil bahagian dalam fenomena ini adalah koenzim.

Asas nitrogen adalah unsur struktur kofaktor ini. Antara yang paling dikenali adalah nukleotida piramidin (NAD ⁺ , NADP ⁺ ), FMN, FAD dan koenzim A. Ini mengambil bahagian dalam jalur metabolik yang sangat penting, seperti glikolisis, kitaran Krebs, fotosintesis, antara lain.

Sebagai contoh, nukleotida piramidin adalah koenzim enzim yang sangat penting dengan aktiviti dehidrogenase, dan bertanggungjawab untuk pengangkutan ion hidrida.

Rujukan

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M., … & Walter, P. (2013). Biologi sel penting. Ilmu Garland.
2. Cooper, GM, & Hausman, RE (2007). Sel: pendekatan molekul. Washington, DC, Sunderland, MA.
3. Griffiths, AJ (2002). Analisis genetik moden: mengintegrasikan gen dan genom. Macmillan.
4. Griffiths, AJ, Wessler, SR, Lewontin, RC, Gelbart, WM, Suzuki, DT, & Miller, JH (2005). Pengenalan kepada analisis genetik. Macmillan.
5. Koolman, J., & Röhm, KH (2005). Biokimia: teks dan atlas. Panamerican Medical Ed.
6. Passarge, E. (2009). Teks genetik dan atlas. Panamerican Medical Ed.