ฐานไนโตรเจน

ลักษณะทั่วไป

ฐานไนโตรเจนเป็นสารประกอบอินทรีย์เฮเทอโรไซคลิกอะโรมาติกที่มีอะตอมไนโตรเจนซึ่งมีส่วนร่วมในโครงสร้างของนิวคลีโอไทด์
ผลจากการรวมตัวของเบสไนโตรเจน เพนโทส (เช่น น้ำตาลที่มีคาร์บอน 5 อะตอม) และกลุ่มฟอสเฟต นิวคลีโอไทด์ เป็นหน่วยโมเลกุลที่ประกอบขึ้นเป็น DNA และ RNA ของกรดนิวคลีอิก
ใน DNA เบสไนโตรเจน ได้แก่ อะดีนีน กัวนีน ไซโตซีนและไทมีน ใน "RNA พวกมันเหมือนกัน ยกเว้นไทมีน ซึ่ง c" เป็นฐานไนโตรเจนที่เรียกว่ายูราซิล
เบสที่เป็นไนโตรเจนของการจับคู่ DNA หรือคู่เบสต่างจาก RNA การมีอยู่ของการจับคู่ดังกล่าวเป็นไปได้เนื่องจาก DNA มีโครงสร้างแบบสองเกลียวของนิวคลีโอไทด์
การแสดงออกของยีนขึ้นอยู่กับลำดับของเบสไนโตรเจนที่เชื่อมกับนิวคลีโอไทด์ของดีเอ็นเอ

เบสไนโตรเจนคืออะไร?

ฐานไนโตรเจนเป็นโมเลกุลอินทรีย์ที่มีไนโตรเจนซึ่งมีส่วนร่วมในโครงสร้างของนิวคลีโอไทด์
นิวคลีโอไทด์เป็นหน่วยของโมเลกุลที่ประกอบขึ้นเป็น DNA และ RNA ของกรดนิวคลีอิก
กรดนิวคลีอิก DNA และ RNA เป็นโมเลกุลทางชีววิทยาซึ่งการพัฒนาและการทำงานที่เหมาะสมของเซลล์ของสิ่งมีชีวิตขึ้นอยู่กับ

ฐานไนโตรเจนของกรดนิวคลีอิก

เบสไนโตรเจนที่ประกอบขึ้นเป็นกรดนิวคลีอิกของ DNA และ RNA ได้แก่ อะดีนีน กัวนีน ไซโตซีน ไทมีน และยูราซิล
Adenine, guanine และ cytosine มีอยู่ทั่วไปในกรดนิวคลีอิกทั้งสอง กล่าวคือ เป็นส่วนหนึ่งของ DNA nucleotides และ RNA nucleotides ไทมีนมีเฉพาะใน DNA ในขณะที่ uracil มีเฉพาะ RNA
ดังนั้น สรุปโดยย่อ เบสไนโตรเจนที่ก่อตัวเป็นกรดนิวคลีอิก (ไม่ว่าจะเป็น DNA หรือ RNA) จึงเป็น 4 ประเภทที่แตกต่างกัน

ตัวย่อของฐานไนโตรเจน

นักเคมีและนักชีววิทยาได้พิจารณาว่าเหมาะสมที่จะย่อชื่อของฐานไนโตรเจนด้วยตัวอักษรเพียงตัวเดียว ด้วยวิธีนี้ พวกมันได้ทำให้การแสดงและอธิบายกรดนิวคลีอิกในตำราทำได้ง่ายและรวดเร็วขึ้น
L "adenine เกิดขึ้นพร้อมกับตัวพิมพ์ใหญ่ A; guanine ด้วยตัวพิมพ์ใหญ่ G; cytosine ด้วยตัวพิมพ์ใหญ่ C; thymine ด้วยตัวพิมพ์ใหญ่ T; ในที่สุด l" uracil ด้วยตัวพิมพ์ใหญ่ U.

ชั้นเรียนและโครงสร้าง

เบสไนโตรเจนมีสองประเภท: คลาสของเบสไนโตรเจนที่เกิดจากไพริมิดีนและคลาสของเบสไนโตรเจนที่เกิดจากพิวรีน

รูป: โครงสร้างทางเคมีทั่วไปของไพริมิดีนและพิวรีน

เบสไนโตรเจนที่เกิดจากไพริมิดีนยังเป็นที่รู้จักกันในนามอื่น ๆ ของ: ฐานไนโตรเจน pyrimidine หรือ pyrimidine; ในขณะที่ฐานไนโตรเจนที่เกิดจาก purine นั้นเป็นที่รู้จักกันด้วยคำศัพท์ทางเลือกของ: ฐานไนโตรเจน purine หรือ purine
Cytosine, thymine และ uracil อยู่ในกลุ่มของฐานไนโตรเจน pyrimidine; ในทางกลับกัน adenine และ guanine ประกอบกันเป็นกลุ่มของฐานไนโตรเจน purine

ตัวอย่างของอนุพันธ์พิวรีน นอกเหนือจากฐานไนโตรเจนของ DNA และ RNA
ในบรรดาอนุพันธ์ของ purine ยังมีสารประกอบอินทรีย์ที่ไม่ใช่ฐานไนโตรเจนของ DNA และ RNA ตัวอย่างเช่น สารประกอบ เช่น คาเฟอีน แซนทีน ไฮโปแซนทีน ธีโอโบรมีน และกรดยูริกจัดอยู่ในหมวดหมู่ข้างต้น

ฐานไนโตรเจนจากมุมมองทางเคมีคืออะไร?

นักเคมีอินทรีย์กำหนดเบสไนโตรเจนและอนุพันธ์ทั้งหมดของพิวรีนและไพริมิดีนว่าเป็นสารประกอบเฮเทอโรไซคลิกอะโรมาติก

• สารประกอบเฮเทอโรไซคลิกคือสารประกอบวงแหวนอินทรีย์ (หรือไซคลิก) ซึ่งในวงแหวนดังกล่าวมีอะตอมหนึ่งอะตอมหรือมากกว่านอกเหนือจากคาร์บอน ในกรณีของพิวรีนและไพริมิดีน อะตอมอื่นที่ไม่ใช่คาร์บอนคืออะตอมของไนโตรเจน
• สารประกอบอะโรมาติกคือสารประกอบวงแหวนอินทรีย์ที่มีลักษณะโครงสร้างและการทำงานคล้ายกับของเบนซีน

โครงสร้าง

รูป : โครงสร้างทางเคมีของน้ำมันเบนซิน

โครงสร้างทางเคมีของเบสไนโตรเจนที่ได้จากไพริมิดีนประกอบด้วยวงแหวนเดี่ยวที่มีอะตอม 6 อะตอมเป็นส่วนใหญ่ โดย 4 อะตอมเป็นคาร์บอนและ 2 อะตอมเป็นไนโตรเจน

อันที่จริง ฐานไนโตรเจนของไพริมิดีนคือไพริมิดีนที่มีหนึ่งหมู่แทนที่หรือมากกว่า (กล่าวคือ อะตอมเดี่ยวหรือกลุ่มของอะตอม) ถูกผูกมัดกับอะตอมของคาร์บอนตัวใดตัวหนึ่งของวงแหวน
ในทางกลับกัน โครงสร้างทางเคมีของเบสไนโตรเจนที่ได้จากพิวรีนประกอบด้วยวงแหวนคู่เป็นส่วนใหญ่ซึ่งมีอะตอมทั้งหมด 9 อะตอม โดย 5 ในจำนวนนั้นเป็นคาร์บอน และ 4 ในจำนวนนั้นเป็นไนโตรเจน วงแหวนคู่ดังกล่าวที่มีอะตอมทั้งหมด 9 อะตอม เกิดจากการหลอมรวมของวงแหวนไพริดิมินิก (เช่น วงแหวนไพริมิดีน) กับวงแหวนอิมิดาโซล (กล่าวคือ วงแหวนอิมิดาโซล สารประกอบอินทรีย์เฮเทอโรไซคลิกอีกชนิดหนึ่ง)

รูป: โครงสร้างของอิมิดาโซล

ดังที่ทราบกันดีว่าวงแหวนไพริมิดีนมี 6 อะตอม ในขณะที่วงแหวนอิมิดาโซลประกอบด้วย 5 วง เมื่อหลอมรวม วงแหวนทั้งสองวงจะมีอะตอมของคาร์บอนร่วมกัน 2 อะตอม ซึ่งอธิบายได้ว่าทำไมโครงสร้างสุดท้ายจึงมี 9 อะตอมโดยเฉพาะ

ตำแหน่งของอะตอมไนโตรเจนใน Purins และ PYRIMIDINS

เพื่อลดความซับซ้อนในการศึกษาและคำอธิบายของโมเลกุลอินทรีย์ นักเคมีอินทรีย์คิดว่าจะกำหนดหมายเลขประจำตัวให้กับคาร์บอนและอะตอมอื่นๆ ทั้งหมดของโครงสร้างที่รองรับ การนับจะเริ่มต้นจาก 1 เสมอ โดยยึดตามเกณฑ์การกำหนดที่เฉพาะเจาะจงมาก (ซึ่งในที่นี้ควรเว้นไว้จะดีกว่า) และทำหน้าที่กำหนดตำแหน่งของแต่ละอะตอมภายในโมเลกุล
สำหรับไพริมิดีน เกณฑ์การกำหนดตัวเลขระบุว่าอะตอมของไนโตรเจน 2 อะตอมอยู่ในตำแหน่งที่ 1 และตำแหน่งที่ 3 ในขณะที่อะตอมของคาร์บอน 4 ตัวอยู่ในตำแหน่งที่ 2, 4, 5 และ 6
ในทางกลับกัน สำหรับพิวรีน เกณฑ์การกำหนดตัวเลขระบุว่าอะตอมของไนโตรเจน 4 อะตอมอยู่ในตำแหน่ง 1, 3, 7 และ 9 ในขณะที่อะตอมของคาร์บอน 5 ตัวอยู่ในตำแหน่ง 2, 4, 5, 6 และ 8

ตำแหน่งในนิวคลีโอไทด์

เบสไนโตรเจนของนิวคลีโอไทด์จะรวมคาร์บอนในตำแหน่งที่ 1 ของเพนโทสที่สอดคล้องกันเสมอ ผ่านพันธะโควาเลนต์ N-glycosidic
โดยเฉพาะอย่างยิ่ง,

• NS เบสไนโตรเจนที่เกิดจากไพริมิดีน พวกมันสร้างพันธะ N-glycosidic ผ่านไนโตรเจนในตำแหน่ง 1;
• ในขณะที่ เบสไนโตรเจนที่เกิดจากพิวรีน พวกมันสร้างพันธะ N-glycosidic ผ่านไนโตรเจนในตำแหน่ง 9

ในโครงสร้างทางเคมีของนิวคลีโอไทด์ เพนโทสเป็นตัวแทนขององค์ประกอบกลางซึ่งฐานไนโตรเจนและกลุ่มฟอสเฟตจับกัน
พันธะเคมีที่เชื่อมหมู่ฟอสเฟตกับเพนโทสเป็นพันธะประเภทฟอสโฟไดสเตอร์และเกี่ยวข้องกับออกซิเจนของกลุ่มฟอสเฟตและคาร์บอนในตำแหน่งที่ 5 ของเพนโทส

เมื่อใดที่ฐานไนโตรเจนก่อตัวเป็นนิวคลีโอไซด์?

การรวมกันของเบสไนโตรเจนและเพนโทสทำให้เกิดโมเลกุลอินทรีย์ซึ่งใช้ชื่อของนิวคลีโอไซด์
ดังนั้นจึงเป็นการเติมหมู่ฟอสเฟตที่เปลี่ยนนิวคลีโอไซด์เป็นนิวคลีโอไทด์
นอกจากนี้ ตามคำจำกัดความเฉพาะของนิวคลีโอไทด์ สารประกอบอินทรีย์เหล่านี้จะเป็น "นิวคลีโอไซด์ที่มีหมู่ฟอสเฟตตั้งแต่หนึ่งกลุ่มขึ้นไปที่เชื่อมโยงกับคาร์บอน 5 ขององค์ประกอบเพนโทส"

องค์กรใน DNA

DNA หรือกรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิกเป็นโมเลกุลทางชีววิทยาขนาดใหญ่ที่ประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์สองเส้นที่ยาวมาก (หรือสายพอลินิวคลีโอไทด์)
เส้นใยโพลีนิวคลีโอไทด์เหล่านี้มีลักษณะเฉพาะบางประการ ซึ่งสมควรได้รับการกล่าวถึงเป็นพิเศษ เนื่องจากพวกมันส่งผลกระทบอย่างใกล้ชิดต่อฐานไนโตรเจนด้วย:

• พวกเขาเป็นน้ำหนึ่งใจเดียวกัน
• พวกมันถูกวางในทิศทางตรงกันข้าม ("เส้นใยต้านขนาน")
• พวกมันพันกันราวกับเป็นเกลียวสองเส้น
• นิวคลีโอไทด์ที่ประกอบขึ้นเป็นพวกมันมีการจัดเรียงดังกล่าว เพื่อให้ฐานไนโตรเจนมุ่งไปที่แกนกลางของเกลียวแต่ละอัน ในขณะที่เพนโทสและกลุ่มฟอสเฟตสร้างโครงภายนอกของหลัง
  การจัดเรียงแบบเอกพจน์ของนิวคลีโอไทด์ทำให้เบสไนโตรเจนแต่ละเบสของเส้นใยโพลีนิวคลีโอไทด์ตัวใดตัวหนึ่งเชื่อมต่อกันผ่านพันธะไฮโดรเจนกับเบสไนโตรเจนบนเส้นใยอื่น ๆ การรวมกลุ่มนี้จึงสร้างการจับคู่ของเบสโดยจับคู่ที่นักชีววิทยาและพันธุศาสตร์ เรียกมันว่าการจับคู่หรือคู่ฐาน
  Poc "ได้รับการยืนยันแล้วว่าเส้นใยทั้งสองเชื่อมต่อกัน: เพื่อตรวจสอบว่าสหภาพเป็นพันธะที่มีอยู่ระหว่างฐานไนโตรเจนต่างๆของเส้นใยพอลินิวคลีโอไทด์ทั้งสอง

แนวคิดของการเติมเต็มระหว่างฐานไนโตรเจน

จากการศึกษาโครงสร้างของ DNA นักวิจัยพบว่าการจับคู่ระหว่างเบสไนโตรเจนมีความเฉพาะเจาะจงมาก อันที่จริง พวกเขาสังเกตเห็นว่าอะดีนีนจับกับไทมีนเท่านั้น ในขณะที่ไซโตซีนจับกับกัวนีนเท่านั้น
ในแง่ของการค้นพบนี้ พวกเขาได้สร้างคำว่า "การเติมเต็มระหว่างฐานไนโตรเจน" เพื่อบ่งบอกถึงพันธะเดียวระหว่างอะดีนีนกับไทมีนและไซโตซีนกับกัวนีน
การระบุการจับคู่ที่เสริมกันระหว่างเบสไนโตรเจนเป็นตัวแทนของคีย์สโตน เพื่ออธิบายขนาดทางกายภาพของ DNA และความเสถียรเฉพาะที่ได้รับจากสายพอลินิวคลีโอไทด์สองเส้น

นักชีววิทยาชาวอเมริกัน เจมส์ วัตสัน และนักชีววิทยาชาวอังกฤษ ฟรานซิส คริก ในปี ค.ศ. 1953 มีส่วนสำคัญในการค้นพบโครงสร้างของดีเอ็นเอ
ด้วยการกำหนดของที่เรียกว่า "แบบจำลองเกลียวคู่" วัตสันและคริกมี "สัญชาตญาณที่เหลือเชื่อ ซึ่งแสดงถึงจุดเปลี่ยนที่สำคัญในด้านชีววิทยาโมเลกุลและพันธุศาสตร์
อันที่จริง การค้นพบโครงสร้างที่แน่นอนของ DNA ทำให้สามารถศึกษาและทำความเข้าใจกระบวนการทางชีววิทยาที่เกี่ยวข้องกับกรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก ตั้งแต่วิธีที่ RNA ทำซ้ำหรือก่อตัวไปจนถึงการสร้างโปรตีน

พันธะที่ผูกคู่ของฐานไนโตรเจนเข้าด้วยกัน

ในการรวมฐานไนโตรเจนสองเบสในโมเลกุลดีเอ็นเอ ทำให้เกิดคู่คู่สม เป็นชุดของพันธะเคมีที่เรียกว่าพันธะไฮโดรเจน
อะดีนีนและไทมีนมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างกันโดยใช้พันธะไฮโดรเจนสองพันธะ ขณะที่กวานีนและไซโตซีนใช้พันธะไฮโดรเจนสามพันธะ
โมเลกุล DNA ของมนุษย์ประกอบด้วยเบสไนโตรเจนกี่คู่?
โมเลกุล DNA ของมนุษย์ทั่วไปประกอบด้วยคู่เบสไนโตรเจนประมาณ 3.3 พันล้านคู่ ซึ่งเป็นประมาณ 3.3 พันล้านนิวคลีโอไทด์ต่อเส้นใย

รูป: ปฏิกิริยาเคมีระหว่างอะดีนีนและไทมีน และระหว่างกวานีนและไซโตซีน ผู้อ่านสามารถสังเกตตำแหน่งและจำนวนของพันธะไฮโดรเจนที่ยึดฐานไนโตรเจนของสายพอลินิวคลีโอไทด์สองเส้นไว้ด้วยกัน

องค์กรใน RNA

ต่างจาก DNA, RNA หรือกรดไรโบนิวคลีอิก เป็นกรดนิวคลีอิกที่มักจะประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์สายเดียว
ดังนั้นเบสไนโตรเจนที่ประกอบขึ้นเป็น "unpaired"
อย่างไรก็ตาม ควรชี้ให้เห็นว่าการขาดสายเบสที่เป็นไนโตรเจนเสริมไม่ได้ตัดความเป็นไปได้ที่ฐานไนโตรเจนของอาร์เอ็นเอสามารถจับคู่ได้เหมือนกับดีเอ็นเอ
กล่าวอีกนัยหนึ่ง เบสไนโตรเจนของสาย RNA เดี่ยวสามารถจับคู่ได้ตามกฎหมายของการเสริมกันระหว่างเบสที่มีไนโตรเจน เช่นเดียวกับฐานไนโตรเจนของ DNA
การจับคู่เสริมระหว่างฐานไนโตรเจนของโมเลกุลอาร์เอ็นเอที่แตกต่างกันสองโมเลกุลเป็นพื้นฐานของกระบวนการที่สำคัญของการสังเคราะห์โปรตีน (หรือการสังเคราะห์โปรตีน)

URACILE แทนที่ TIMINA

ใน "อาร์เอ็นเอ" ยูราซิลแทนที่ไทมีนของ DNA ไม่เพียงแต่ในโครงสร้างเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการจับคู่เสริมด้วย: อันที่จริงมันเป็นฐานไนโตรเจนที่จับกับอะดีนีนโดยเฉพาะเมื่อโมเลกุลที่แตกต่างกันสองโมเลกุลของอาร์เอ็นเอปรากฏขึ้นเพื่อการทำงาน เหตุผล.

บทบาททางชีวภาพ

การแสดงออกของยีนขึ้นอยู่กับลำดับของเบสไนโตรเจนที่เชื่อมกับนิวคลีโอไทด์ของ DNA ยีนเป็นส่วนที่ยาวมากหรือน้อยของ DNA (ดังนั้นเซ็กเมนต์ของนิวคลีโอไทด์) ซึ่งมีข้อมูลที่ขาดไม่ได้สำหรับการสังเคราะห์โปรตีน ประกอบด้วยกรดอะมิโน โปรตีน พวกมันคือโมเลกุลทางชีววิทยาซึ่งมีบทบาทสำคัญในการควบคุมกลไกเซลล์ของสิ่งมีชีวิต
ลำดับเบสไนโตรเจนของยีนที่กำหนดระบุลำดับกรดอะมิโนของโปรตีนที่เกี่ยวข้อง