Tính tổng quát
Bazơ nitơ là những hợp chất hữu cơ dị vòng thơm, chứa các nguyên tử nitơ, tham gia cấu tạo nên các nucleotit.
Quả của sự kết hợp của một bazơ nitơ, một đường pentoza (tức là đường có 5 nguyên tử cacbon) và một nhóm photphat, nucleotit là các đơn vị phân tử tạo nên axit nucleic DNA và RNA.
Trong DNA, các bazơ nitơ là: adenin, guanin, cytosine và thymine; trong "RNA, chúng giống nhau, ngoại trừ thymine, thay vì c" là một base nitơ được gọi là uracil.
Không giống như ARN, các bazơ nitơ của ADN tạo thành cặp hoặc cặp bazơ.
Sự biểu hiện gen phụ thuộc vào trình tự của các bazơ nitơ liên kết với các nucleotide DNA.
Bazơ nitơ là gì?
Bazơ nitơ là các phân tử hữu cơ, chứa nitơ, tham gia cấu tạo nên các nucleotit.
Được tạo thành mỗi bazơ nitơ, một đường 5 cacbon (pentose) và một nhóm photphat, nucleotide là các đơn vị phân tử tạo nên axit nucleic DNA và RNA.
Các axit nucleic DNA và RNA là các đại phân tử sinh học, dựa vào đó sự phát triển và hoạt động bình thường của các tế bào của một sinh vật.
CƠ SỞ NITƠ CỦA CÁC AXIT HẠT NHÂN
Các bazơ nitơ tạo nên axit nucleic DNA và RNA là: adenin, guanin, cytosine, thymine và uracil.
Adenine, guanine và cytosine là chung cho cả axit nucleic, tức là chúng là một phần của cả nucleotide DNA và RNA nucleotide. Thymine là độc quyền cho DNA, trong khi uracil là độc quyền cho RNA.
Vì vậy, tóm tắt ngắn gọn, các bazơ nitơ tạo thành axit nucleic (có thể là DNA hoặc RNA) thuộc 4 loại khác nhau.
CÁC CHỮ VIẾT TẮT CỦA CÁC CƠ SỞ NITƠ
Các nhà hóa học và sinh học đã cho rằng việc rút ngắn tên của các bazơ nitơ bằng một chữ cái duy nhất trong bảng chữ cái là thích hợp. Bằng cách này, họ đã giúp việc biểu diễn và mô tả axit nucleic trong văn bản dễ dàng và nhanh chóng hơn.
L "adenine trùng với chữ cái viết hoa A; guanine với chữ cái viết hoa G; cytosine với chữ cái viết hoa C; thymine với chữ cái viết hoa T; cuối cùng, l" uracil với chữ cái viết hoa U.
Các lớp và cấu trúc
Có hai loại bazơ nitơ: loại bazơ nitơ dẫn xuất từ pyrimidine và loại bazơ nitơ dẫn xuất từ purin.
Hình: cấu trúc hóa học chung của pyrimidine và purine.
Các bazơ nitơ có nguồn gốc từ pyrimidine còn được gọi bằng các tên khác là: bazơ nitơ pyrimidine hoặc pyrimidine; trong khi các bazơ nitơ có nguồn gốc từ purine cũng được biết đến với các thuật ngữ thay thế: bazơ nitơ purine hoặc purine.
Cytosine, thymine và uracil thuộc nhóm bazơ nitơ pyrimidine; Mặt khác, adenin và guanin tạo nên nhóm bazơ nitơ purin.
Ví dụ về các dẫn xuất purin, trừ các gốc nitơ của DNA và RNA
Trong số các dẫn xuất purin, có cả các hợp chất hữu cơ không phải là gốc nitơ của DNA và RNA, ví dụ như các hợp chất như caffein, xanthine, hypoxanthine, theobromine và acid uric thuộc loại trên.
CƠ SỞ NITROGEN TỪ ĐIỂM HÓA HỌC CỦA XEM LÀ GÌ?
Các nhà hóa học hữu cơ định nghĩa các bazơ nitơ và tất cả các dẫn xuất của purine và pyrimidine là các hợp chất dị vòng thơm.
- Hợp chất dị vòng là một hợp chất hữu cơ vòng (hoặc mạch vòng) mà trong vòng nói trên, có một hoặc nhiều nguyên tử khác với cacbon. Trong trường hợp của purin và pyrimidin, các nguyên tử khác ngoài cacbon là nguyên tử nitơ.
- Hợp chất thơm là hợp chất hữu cơ dạng vòng có đặc điểm cấu tạo và chức năng tương tự như benzen.
KẾT CẤU
Hình: cấu trúc hóa học của benzen.
Cấu trúc hóa học của các bazơ nitơ có nguồn gốc từ pyrimidine chủ yếu bao gồm một vòng đơn với 6 nguyên tử, 4 trong số đó là cacbon và 2 trong số đó là nitơ.
Trên thực tế, một cơ sở nitơ pyrimidine là một pyrimidine có một hoặc nhiều nhóm thế (tức là một nguyên tử hoặc một nhóm nguyên tử) được liên kết với một trong các nguyên tử cacbon của vòng.
Mặt khác, cấu trúc hóa học của bazơ nitơ có nguồn gốc từ purin chủ yếu bao gồm một vòng kép với tổng số 9 nguyên tử, 5 trong số đó là cacbon và 4 trong số đó là nitơ. Vòng đôi có tổng số 9 nguyên tử nói trên bắt nguồn từ sự hợp nhất của vòng pyridiminic (tức là vòng pyrimidine) với vòng imidazole (tức là vòng imidazole, một hợp chất hữu cơ dị vòng khác).
Hình: cấu trúc của imidazole.
Như đã biết, vòng pyrimidine chứa 6 nguyên tử; trong khi vòng imidazole chứa 5. Với sự phản ứng tổng hợp, hai vòng có chung hai nguyên tử carbon và điều này giải thích tại sao cấu trúc cuối cùng chứa, cụ thể là 9 nguyên tử.
VỊ TRÍ CỦA CÁC ATOM NITROGEN TRONG PURINS VÀ PYRIMIDINS
Để đơn giản hóa việc nghiên cứu và mô tả các phân tử hữu cơ, các nhà hóa học hữu cơ đã nghĩ đến việc gán một số nhận dạng cho các nguyên tử cacbon và tất cả các nguyên tử khác của các cấu trúc hỗ trợ. Việc đánh số luôn bắt đầu từ 1, dựa trên các tiêu chí phân công rất cụ thể (ở đây, tốt hơn là bỏ đi) và phục vụ cho việc thiết lập vị trí của mỗi nguyên tử trong phân tử.
Đối với pyrimidines, tiêu chí gán số cho thấy 2 nguyên tử nitơ chiếm vị trí 1 và vị trí 3, trong khi 4 nguyên tử cacbon nằm ở vị trí 2, 4, 5 và 6.
Mặt khác, đối với purin, tiêu chí phân bổ số lượng cho thấy 4 nguyên tử nitơ chiếm vị trí 1, 3, 7 và 9, trong khi 5 nguyên tử cacbon nằm ở vị trí 2, 4, 5, 6 và 8.
Vị trí trong các nucleotide
Bazơ nitơ của một nucleotit luôn tham gia với cacbon ở vị trí 1 của pentoza tương ứng, thông qua liên kết N-glycosidic cộng hóa trị.
Đặc biệt,
- Các bazơ nitơ có nguồn gốc từ pyrimidine chúng hình thành liên kết N-glycosidic, thông qua nitơ của chúng ở vị trí 1;
- Trong khi bazơ nitơ có nguồn gốc từ purin chúng hình thành liên kết N-glycosidic, thông qua nitơ của chúng ở vị trí 9.
Trong cấu trúc hóa học của nucleotide, pentose đại diện cho nguyên tố trung tâm, mà bazơ nitơ và nhóm photphat liên kết với nhau.
Liên kết hóa học tham gia nhóm photphat với pentose thuộc loại phosphodiester và liên quan đến oxy của nhóm photphat và cacbon ở vị trí 5 của pentose.
KHI NÀO NITƠ HÌNH THÀNH NUCLEOSIDE?
Sự kết hợp của một bazơ nitơ và một đường pentose tạo thành một phân tử hữu cơ có tên là nucleoside.
Do đó, việc bổ sung nhóm photphat sẽ thay đổi nucleoside thành nucleotide.
Hơn nữa, theo một định nghĩa cụ thể về nucleotide, các hợp chất hữu cơ này sẽ là "nucleoside có một hoặc nhiều nhóm phosphate liên kết với carbon 5 của pentose cấu thành".
Tổ chức trong DNA
DNA, hay axit deoxyribonucleic, là một phân tử sinh học lớn được tạo thành từ hai chuỗi nucleotide rất dài (hoặc sợi polynucleotide).
Các sợi polynucleotide này có một số đặc điểm, đáng được đề cập cụ thể vì chúng cũng ảnh hưởng chặt chẽ đến các bazơ nitơ:
- Họ thống nhất với nhau.
- Chúng được định hướng theo các hướng ngược nhau ("các sợi phản song song").
- Chúng quấn quanh nhau, như thể chúng là hai hình xoắn ốc.
- Các nucleotide cấu thành chúng có sự sắp xếp như vậy, do đó các base nitơ được định hướng về trục trung tâm của mỗi vòng xoắn, trong khi các pentose và các nhóm photphat tạo thành giàn bên ngoài của vòng xoắn.
Sự sắp xếp đơn lẻ của các nucleotide làm cho mỗi base nitơ của một trong hai sợi polynucleotide liên kết với nhau, thông qua các liên kết hydro, với một base nitơ có trên sợi kia. gọi nó là cặp đôi hoặc cặp cơ sở.
Poc ”thực sự người ta đã khẳng định rằng hai sợi liên kết với nhau: để xác định sự liên kết là những liên kết tồn tại giữa các bazơ nitơ khác nhau của hai sợi polynucleotit.
KHÁI NIỆM VỀ TÍNH HỢP LÍ GIỮA CÁC CƠ SỞ NITƠ
Bằng cách nghiên cứu cấu trúc của DNA, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng sự kết đôi giữa các base nitơ rất đặc hiệu, họ nhận thấy rằng adenine chỉ liên kết với thymine, trong khi cytosine chỉ liên kết với guanine.
Dựa trên khám phá này, họ đã đặt ra thuật ngữ "bổ sung giữa các bazơ nitơ", để chỉ liên kết đơn vị giữa adenin với thymine và cytosine với guanin.
Việc xác định sự kết cặp bổ sung giữa các bazơ nitơ đại diện cho nền tảng then chốt, để giải thích các kích thước vật lý của DNA và sự ổn định cụ thể mà hai sợi polynucleotide có được.
Nhà sinh vật học người Mỹ James Watson và nhà sinh vật học người Anh Francis Crick, vào năm 1953, đã đóng góp quyết định vào việc khám phá ra cấu trúc của DNA (từ "sự cuộn xoắn của hai sợi polynucleotide" đến sự kết đôi giữa các bazơ nitơ bổ sung).
Với việc xây dựng cái gọi là "mô hình xoắn kép", Watson và Crick đã có một "trực giác đáng kinh ngạc, đại diện cho một bước ngoặt mang tính lịch sử trong lĩnh vực sinh học phân tử và di truyền học.
Trên thực tế, việc phát hiện ra cấu trúc chính xác của DNA giúp chúng ta có thể nghiên cứu và hiểu các quá trình sinh học liên quan đến axit deoxyribonucleic: từ cách RNA sao chép hoặc hình thành đến cách nó tạo ra protein.
CÁC TRÁI PHIẾU RẮN CẶP CÁC CẶP NITƠ CÙNG NHAU
Để liên kết hai bazơ nitơ trong một phân tử DNA, tạo thành các cặp bổ sung, là một chuỗi liên kết hóa học, được gọi là liên kết hydro.
Adenine và thymine tương tác với nhau bằng hai liên kết hydro, trong khi guanine và cytosine bằng ba liên kết hydro.
BAO NHIÊU CẶP CƠ SỞ NITƠ CÓ THỂ CHỨA ĐỘ ẨM DNA CỦA CON NGƯỜI?
Một phân tử DNA chung của con người chứa khoảng 3,3 tỷ cặp bazơ nitơ, tức là khoảng 3,3 tỷ nucleotide trên mỗi sợi.
Hình: tương tác hóa học giữa adenine và thymine và giữa guanine và cytosine. Người đọc có thể lưu ý vị trí và số lượng liên kết hydro giữ các gốc nitơ của hai sợi polynucleotide với nhau.
Tổ chức trong RNA
Không giống như DNA, RNA, hoặc axit ribonucleic, là một axit nucleic thường được cấu tạo từ một chuỗi nucleotide.
Do đó, các bazơ nitơ tạo thành nó là "không ghép đôi".
Tuy nhiên, cần chỉ ra rằng việc thiếu chuỗi bazơ nitơ bổ sung không loại trừ khả năng các bazơ nitơ của ARN có thể bắt cặp giống như của ADN.
Nói cách khác, các bazơ nitơ của một sợi ARN có thể bắt cặp, theo quy luật bổ sung giữa các bazơ nitơ, giống như các bazơ nitơ của ADN.
Sự kết cặp bổ sung giữa các bazơ nitơ của hai phân tử ARN riêng biệt là cơ sở của quá trình tổng hợp protein (hay tổng hợp protein) quan trọng.
URACILE THAY THẾ TIMINA
Trong "RNA", uracil thay thế thymine của DNA không chỉ trong cấu trúc, mà còn trong sự kết cặp bổ sung: trên thực tế, nó là cơ sở nitơ liên kết đặc biệt với adenin, khi hai phân tử RNA khác nhau xuất hiện cho chức năng. lý do.
Vai trò sinh học
Sự biểu hiện của gen phụ thuộc vào trình tự của các bazơ nitơ liên kết với các nucleotit ADN. Gen là các đoạn ADN dài hơn hoặc ít hơn (do đó là các đoạn nucleotit), chứa thông tin không thể thiếu cho quá trình tổng hợp protein. Được tạo thành từ các axit amin, protein chúng là các đại phân tử sinh học, đóng vai trò cơ bản trong việc điều hòa các cơ chế tế bào của sinh vật.
Trình tự bazơ nitơ của một gen nhất định xác định trình tự axit amin của protein liên quan.
