BAZELE AZOTULUI: CLASIFICARE ȘI FUNCȚII - BIOLOGIE - 2025

Cele Bazele azotate sunt compuși organici cu heterocicli bogate în azot. Ele fac parte din blocurile de formare ale acizilor nucleici și ale altor molecule de interes biologic, cum ar fi nucleozide, dinucleotide și mesageri intracelulari. Cu alte cuvinte, bazele azotate sunt o parte din unitățile care alcătuiesc acizii nucleici (ARN și ADN) și celelalte molecule menționate.

Există două grupe principale de baze azotate: baze purine sau purine și baze pirimidine sau pirimidine. Adenina și guanina aparțin primului grup, în timp ce timina, citozina și uracilul sunt baze pirimidine. Aceste baze sunt în general notate de prima lor literă: A, G, T, C și U.

Baze diferite de azot în ADN și ARN.
Sursa: Utilizator: Sponktranslation: User: Jcfidy

Blocurile de ADN sunt A, G, T și C. În această ordonare a bazelor sunt codificate toate informațiile necesare pentru construcția și dezvoltarea unui organism viu. În ARN, componentele sunt aceleași, doar T este înlocuit de U.

Structura și clasificarea

Bazele azotate sunt molecule plane, de tip aromatic și heterociclic, care sunt în general derivate din purine sau pirimidine.

Inel pirimidinic

Structura chimică a pirimidinei.

Inelul pirimidinic este inel aromatic heterociclic cu șase membri cu doi atomi de azot. Atomii sunt numerotați în sensul acelor de ceasornic.

Inel purin

Structura chimică a purinei.

Inelul purinic este format dintr-un sistem cu două inele: unul este similar structural cu inelul pirimidinic, iar celălalt este similar cu inelul imidazol. Acești nouă atomi sunt contopiți într-un singur inel.

Inelul pirimidinic este un sistem plat, în timp ce purinele deviază oarecum de la acest model. Între inelul imidazolului și inelul pirimidinei a fost raportată o ușoară încrețire sau rid.

Proprietățile bazelor azotate

aromaticitate

În chimia organică, un inel aromatic este definit ca o moleculă ai cărei electroni din legăturile duble au liberă circulație în structura ciclică. Mobilitatea electronilor din inel conferă stabilitate moleculei - dacă o comparăm cu aceeași moleculă-, dar cu electronii fixați în legăturile duble.

Natura aromatică a acestui sistem inelar le oferă capacitatea de a experimenta un fenomen numit tautomerism ceto-enol.

Adică, purine și pirimidine există în perechi tautomere. Tautomerii ceto predomină la pH neutru pentru bazele uracilului, timinei și guaninei. În schimb, forma enolului este predominantă pentru citozină, la pH neutru. Acest aspect este esențial pentru formarea legăturilor de hidrogen între baze.

Absorbția luminii UV

O altă proprietate a purinelor și pirimidinelor este capacitatea lor de a absorbi puternic lumina ultravioletă (lumina UV). Acest model de absorbție este o consecință directă a aromatizării inelelor sale heterociclice.

Spectrul de absorbție are o apropiere maximă de 260 nm. Cercetătorii folosesc acest standard pentru a cuantifica cantitatea de ADN din eșantioanele lor.

Solubilitatea apei

Datorită caracterului puternic aromatic al bazelor azotate, aceste molecule sunt practic insolubile în apă.

Bazele azotate de interes biologic

Deși există un număr mare de baze azotate, găsim doar câteva în mod natural în mediile celulare ale organismelor vii.

Cele mai frecvente pirimidine sunt citozina, uracilul și timina (5-metiluracil). Citozina și timina sunt pirimidinele care se găsesc în mod obișnuit în helixul dublu ADN, în timp ce citosina și uracilul sunt frecvente în ARN. Rețineți că singura diferență între uracil și timină este o grupare metil la carbonul 5.

În mod similar, cele mai frecvente purine sunt adenina (6-amino purină) și guanina (2-amino-6-ox purina). Acești compuși sunt abundenți atât în ​​moleculele ADN, cât și în ARN.

Există și alți derivați ai purinelor pe care le găsim în mod natural în celulă, printre care xantina, hipoxantina și acidul uric. Primele două pot fi găsite în acizi nucleici, dar într-un mod foarte rar și specific. În schimb, acidul uric nu este niciodată găsit ca o componentă structurală a acestor biomolecule.

Cum se împerechează?

Structura ADN-ului a fost elucidată de cercetătorii Watson și Crick. Datorită studiului lor, s-a putut concluziona că ADN-ul este o dublă helix. Este alcătuit dintr-un lanț lung de nucleotide legate de legături de fosfodiester, în care grupul fosfat formează o punte între grupele hidroxil (-OH) ale reziduurilor de zahăr.

Structura pe care tocmai am descris-o seamănă cu o scară împreună cu balustrada respectivă. Bazele azotate sunt analogii scărilor, care sunt grupate în dubla helix cu ajutorul legăturilor de hidrogen.

Într-o punte de hidrogen, doi atomi electronegativi împart un proton între baze. Pentru formarea unei legături de hidrogen este necesară participarea unui atom de hidrogen cu o ușoară încărcare pozitivă și a unui acceptor cu o mică sarcină negativă.

Podul este format între o H și o O. Aceste legături sunt slabe și trebuie să fie, deoarece ADN-ul trebuie să se deschidă ușor pentru a se reproduce.

Regula Chargaff

Perechile de bază formează legături de hidrogen urmând următorul model de împerechere purină-pirimidină cunoscut sub numele de regula lui Chargaff: perechi de guanină cu pereți de citosină și adenină cu timina.

Perechea GC formează trei canistre de hidrogen între ele, în timp ce perechea AT este legată doar de două punți. Astfel, putem prezice că un ADN cu un conținut mai mare de GC va fi mai stabil.

Fiecare lanț (sau balustradele din analogia noastră), rulează în direcții opuse: unul 5 ′ → 3 ′ și celălalt 3 ′ → 5 ′.

Caracteristici

Blocuri de acizi nucleici

Ființele organice prezintă un tip de biomolecule numite acizi nucleici. Aceștia sunt polimeri foarte mari alcătuiți din monomeri care se repetă - nucleotide, unite de un tip special de legătură, numită legătură fosfodiester. Acestea sunt clasificate în două tipuri de bază, ADN și ARN.

Fiecare nucleotid este format dintr-o grupare fosfat, un zahăr (tip dezoxiriboză în ADN și riboză în ARN) și una dintre cele cinci baze azotate: A, T, G, C și U. Când grupa fosfat nu este prezentă , molecula se numește nucleozid.

În ADN

ADN-ul este materialul genetic al ființelor vii (cu excepția unor virusuri care utilizează în principal ARN). Folosind codul cu 4 baze, ADN-ul are secvența pentru toate proteinele care există în organisme, precum și pentru elementele care reglează expresia lor.

Structura ADN-ului trebuie să fie stabilă, deoarece organismele o folosesc pentru a codifica informația. Cu toate acestea, este o moleculă predispusă la schimbări, numite mutații. Aceste modificări ale materialului genetic sunt materialul de bază pentru schimbările evolutive.

În ARN

Ca și ADN, ARN este un polimer nucleotidic, cu excepția faptului că baza T este înlocuită de U. Această moleculă are forma unei singure benzi și îndeplinește o gamă largă de funcții biologice.

În celulă, există trei ARN-uri principale. ARN Messenger este un intermediar între ADN și formarea proteinelor. Este responsabil de copierea informațiilor din ADN și de a o duce la mașina de traducere a proteinelor. ARN ribosomal, un al doilea tip, este o parte structurală a acestui utilaj complex.

Al treilea tip, sau ARN de transfer, este responsabil pentru transportarea reziduurilor de aminoacizi corespunzătoare pentru sinteza proteinelor.

În plus față de cele trei ARN-uri „tradiționale”, există o serie de ARN-uri mici care participă la reglarea expresiei genice, deoarece într-o celulă toate genele codificate în ADN nu pot fi exprimate constant și în aceeași măsură.

Organismele trebuie să aibă căi de reglare a genelor lor, adică să decidă dacă sunt exprimate sau nu. În mod similar, materialul genetic este format doar dintr-un dicționar de cuvinte spaniole, iar mecanismul de reglementare permite formarea unei opere literare.

Construiește blocuri de trifosfați nucleozidici

Bazele azotate fac parte din trifosfații nucleozidici, o moleculă care, la fel ca ADN-ul și ARN, prezintă interes biologic. În plus față de bază, este alcătuit dintr-o grupare pentoză și trei fosfați legați împreună cu ajutorul unor legături cu energie mare.

Datorită acestor legături, trifosfații nucleozidici sunt molecule bogate în energie și sunt produsul principal al căilor metabolice care caută eliberarea de energie. Printre cele mai utilizate este ATP.

ATP sau adenozina trifosfat este alcătuit din adenina de bază azotată, legată de carbonul situat în poziția 1 a unui zahăr tip pentoză: riboza. În poziția cinci a acestui carbohidrat, toate cele trei grupări de fosfați sunt legate.

În general, ATP este moneda energetică a celulei, deoarece poate fi utilizată și regenerată rapid. Multe căi metabolice comune în rândul substanțelor organice folosesc și produc ATP.

„Puterea” sa se bazează pe legături cu energie mare, formate din grupuri de fosfați. Încărcările negative ale acestor grupuri sunt în repulsie constantă. Există și alte cauze care predispun hidroliza în ATP, inclusiv stabilizarea rezonanței și solvarea.

autacoide

Deși majoritatea nucleozidelor nu au activitate biologică semnificativă, adenozina este o excepție marcată la mamifere. Aceasta funcționează ca un autacoid, analog cu un "hormon local" și ca un neuromodulator.

Această nucleozidă circulă liber în fluxul sanguin și acționează local, cu diverse efecte asupra dilatării vaselor de sânge, contracții musculare netede, descărcări neuronale, eliberare de neurotransmițători și metabolismul grăsimilor. De asemenea, este legată de reglarea frecvenței cardiace.

Această moleculă este implicată și în reglarea tiparelor somnului. Concentrația de adenozină crește și favorizează oboseala. Acesta este motivul pentru care cofeina ne ajută să rămânem treji: blochează interacțiunile neuronale cu adenozina extracelulară.

Blocurile structurale ale elementelor de reglementare

Un număr semnificativ de căi metabolice comune în celule au mecanisme de reglementare bazate pe nivelurile de ATP, ADP și AMP. Aceste ultime două molecule au aceeași structură ca ATP, dar au pierdut una și două grupe fosfat, respectiv.

După cum am menționat în secțiunea anterioară, ATP este o moleculă instabilă. Celula trebuie să producă ATP doar atunci când are nevoie, deoarece trebuie să o folosească rapid. ATP în sine este, de asemenea, un element care reglează căile metabolice, deoarece prezența sa indică celulei că nu ar trebui să producă mai mult ATP.

În schimb, derivații săi hidrolizați (AMP), avertizează celula că ATP se termină și trebuie să producă mai mult. Astfel, AMP activează căile metabolice pentru producția de energie, cum ar fi glicoliza.

În mod similar, multe semnale hormonale (precum cele implicate în metabolismul glicogenului) sunt mediate intracelular de molecule cAMP (c este pentru ciclic) sau de o variantă similară, dar cu guanină în structura sa: cGMP.

Blocuri de coenzime

La mai multe etape ale căilor metabolice, enzimele nu pot acționa singure. Au nevoie de molecule suplimentare pentru a-și putea îndeplini funcțiile; Aceste elemente sunt numite coenzime sau cosubstrate, ultimul termen fiind mai adecvat, deoarece coenzimele nu sunt catalitice active.

În aceste reacții catalitice, este necesar să se transfere electronii sau grupul de atomi într-un alt substrat. Moleculele auxiliare care participă la acest fenomen sunt coenzime.

Bazele azotate sunt elemente structurale ale acestor cofactori. Printre cele mai recunoscute sunt nucleotidele pirimidine (NAD ⁺ , NADP ⁺ ), FMN, FAD și coenzima A. Acestea participă la căi metabolice foarte importante, cum ar fi glicoliza, ciclul Krebs, fotosinteză, printre altele.

De exemplu, nucleotidele pirimidine sunt coenzime foarte importante ale enzimelor cu activitate dehidrogenază și sunt responsabile pentru transportul ionilor de hidrură.

Referințe

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M., … și Walter, P. (2013). Biologia celulară esențială. Garland Science.
2. Cooper, GM, & Hausman, RE (2007). Celula: o abordare moleculară. Washington, DC, Sunderland, MA.
3. Griffiths, AJ (2002). Analiza genetică modernă: integrarea genelor și genomelor. Macmillan.
4. Griffiths, AJ, Wessler, SR, Lewontin, RC, Gelbart, WM, Suzuki, DT, & Miller, JH (2005). O introducere în analiza genetică. Macmillan.
5. Koolman, J., & Röhm, KH (2005). Biochimie: text și atlas. Editura Medicală Panamericană.
6. Passarge, E. (2009). Textul și atlasul de genetică. Editura Medicală Panamericană.