Basa nitrogen bagaimana mereka kawin, klasifikasi dan fungsinya



itu basa nitrogen mereka adalah senyawa organik dari bentuk heterosiklik, kaya akan nitrogen. Mereka adalah bagian dari blok struktural asam nukleat dan molekul lain dari kepentingan biologis, seperti nukleosida, dinukleotida, dan pembawa pesan intraseluler. Dengan kata lain, basa nitrogen adalah bagian dari unit yang membentuk asam nukleat (RNA dan DNA) dan molekul lain yang disebutkan..

Ada dua kelompok utama basa nitrogen: basa purin atau purin dan basa pirimidin atau pirimidin. Kelompok pertama meliputi adenin dan guanin, sedangkan timin, sitosin, dan urasil adalah basa pirimidin. Umumnya basis-basis ini dilambangkan dengan huruf pertama mereka: A, G, T, C dan U.

Blok DNA adalah A, G, T dan C. Dalam pemesanan basis ini semua informasi yang diperlukan untuk pembangunan dan pengembangan organisme hidup dikodifikasikan. Dalam RNA, komponen-komponennya sama, hanya saja T diganti oleh U.

Indeks

  • 1 Struktur dan klasifikasi
    • 1.1 Cincin pirimidin
    • 1.2 Cincin purin
  • 2 Properti basis nitrogen
    • 2.1 Aromatik
    • 2.2. Penyerapan sinar UV
    • 2.3 Kelarutan dalam air
  • 3 Basa nitrogen yang menarik biologis
  • 4 Bagaimana mereka kawin?
    • 4.1 Aturan Chargaff
  • 5 fungsi
    • 5.1 Blok struktural asam nukleat
    • 5.2 Blok struktural nukleosida trifosfat
    • 5.3 Autacoid
    • 5.4 Blok struktural elemen pengatur
    • 5.5 Blok struktural koenzim
  • 6 Referensi

Struktur dan klasifikasi

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

Cincin pirimidin

Cincin pirimidin adalah cincin aromatik heterosiklik dengan enam anggota dan dua atom nitrogen. Atom-atom diberi nomor mengikuti arah searah jarum jam.

Cincin purin

Cincin purin terdiri dari sistem dua cincin: satu secara struktural mirip dengan cincin pirimidin dan lainnya serupa dengan cincin imidazol. Kesembilan atom ini bergabung menjadi satu cincin.

Cincin pirimidin adalah sistem datar, sedangkan purin sedikit menyimpang dari pola ini. Sedikit lipatan atau kerutan telah dilaporkan antara cincin imidazol dan cincin pirimidin..

Sifat-sifat basa nitrogen

Aromatik

Dalam kimia organik, a cincin aromatik itu didefinisikan sebagai molekul yang elektron dari ikatan rangkapnya memiliki sirkulasi bebas dalam struktur siklik. Mobilitas elektron di dalam cincin memberikan stabilitas pada molekul - jika kita membandingkannya dengan molekul yang sama - tetapi dengan elektron yang terikat pada ikatan rangkap.

Sifat aromatik dari sistem cincin ini memberi mereka kemampuan untuk mengalami fenomena yang disebut keto-enol tautomería.

Artinya, purin dan pirimidin ada dalam pasangan tautomerik. Tautomer keto dominan pada pH netral untuk basa urasil, timin, dan guanin. Sebaliknya, bentuk enol lebih dominan untuk sitosin, pada pH netral. Aspek ini penting untuk pembentukan jembatan hidrogen di antara pangkalan.

Penyerapan sinar UV

Properti lain dari purin dan pirimidin adalah kemampuannya untuk menyerap sinar ultraviolet (sinar UV) dengan kuat. Pola penyerapan ini merupakan konsekuensi langsung dari aromatikitas cincin heterosikliknya.

Spektrum penyerapan memiliki maksimum mendekati 260 nm. Para peneliti menggunakan pola ini untuk mengukur jumlah DNA dalam sampel mereka.

Kelarutan dalam air

Berkat karakter aromatik yang kuat dari basa nitrogen, molekul-molekul ini praktis tidak larut dalam air.

Basa nitrogen yang menarik biologis

Meskipun ada sejumlah besar basa nitrogen, kami hanya menemukan beberapa basa secara alami di lingkungan seluler organisme hidup.

Pirimidin yang paling umum adalah sitosin, urasil, dan timin (5-metilurasil). Sitosin dan timin adalah pirimidin yang biasanya kita temukan dalam heliks ganda DNA, sedangkan sitosin dan urasil umum terjadi pada RNA. Perhatikan bahwa satu-satunya perbedaan antara urasil dan timin adalah gugus metil pada karbon 5.

Demikian pula, purin yang paling umum adalah adenin (6-amino purin) dan guanin (2-amino-6-oxy purin). Senyawa-senyawa ini berlimpah dalam molekul DNA dan RNA.

Ada turunan lain dari purin yang kita temukan secara alami di dalam sel, di antaranya xanthine, hypoxanthine dan asam urat. Dua yang pertama dapat ditemukan dalam asam nukleat, tetapi dengan cara yang sangat langka dan tepat waktu. Sebaliknya, asam urat tidak pernah ditemukan sebagai komponen struktural dari biomolekul ini.

Bagaimana mereka kawin?

Struktur DNA dijelaskan oleh para peneliti Watson dan Crick. Berkat studinya, bisa disimpulkan bahwa DNA adalah double helix. Ini dibentuk oleh rantai panjang nukleotida yang dihubungkan oleh ikatan fosfodiester, di mana gugus fosfat membentuk jembatan antara gugus hidroksil (-OH) dari residu gula.

Struktur yang baru saja kami gambarkan menyerupai tangga bersama dengan pegangan masing-masing. Basa nitrogen adalah analog dengan tangga, yang dikelompokkan dalam heliks ganda melalui jembatan hidrogen.

Di jembatan hidrogen, dua atom elektronegatif berbagi proton di antara basa. Untuk pembentukan jembatan hidrogen diperlukan partisipasi atom hidrogen dengan muatan positif sedikit dan akseptor dengan muatan negatif kecil..

Jembatan terbentuk antara H dan O. Tautan ini lemah, dan harus, karena DNA harus terbuka dengan mudah untuk ditiru.

Aturan Chargaff

Pasangan basa membentuk ikatan hidrogen mengikuti pola kawin purin-pirimidin berikut yang dikenal sebagai aturan Chargaff: pasangan guanin dengan sitosin dan adenin dengan timin.

Pasangan GC membentuk tiga atom hidrogen bersama-sama, sedangkan pasangan AT hanya dihubungkan oleh dua jembatan. Dengan demikian, kita dapat memprediksi bahwa DNA dengan konten GC yang lebih tinggi akan lebih stabil.

Masing-masing rantai (atau pegangan tangan dalam analogi kita), berjalan dalam arah yang berlawanan: satu 5 '→ 3' dan yang lainnya 3 '→ 5'.

Fungsi

Blok struktural asam nukleat

Makhluk organik menyajikan jenis biomolekul yang disebut asam nukleat. Ini adalah polimer dengan ukuran cukup besar yang terbentuk dari monomer berulang: nukleotida, disatukan melalui jenis ikatan khusus, yang disebut ikatan fosfodiester. Mereka diklasifikasikan menjadi dua tipe dasar, DNA dan RNA.

Setiap nukleotida dibentuk oleh gugus fosfat, gula (dari tipe deoksiribosa dalam DNA dan ribosa dalam RNA), dan salah satu dari lima basa nitrogen: A, T, G, C, dan U. Ketika gugus fosfat tidak ada , molekul ini disebut nukleosida.

Di dalam DNA

DNA adalah bahan genetik makhluk hidup (dengan pengecualian beberapa virus yang menggunakan RNA terutama). Dengan menggunakan kode 4 basa, DNA memiliki urutan untuk semua protein yang ada dalam organisme, di samping unsur-unsur yang mengatur ekspresi yang sama..

Struktur DNA harus stabil, karena organisme menggunakannya untuk menyandikan informasi. Namun, itu adalah molekul yang rentan terhadap perubahan, yang disebut mutasi. Perubahan dalam materi genetik ini adalah bahan dasar untuk perubahan evolusioner.

Dalam RNA

Seperti DNA, RNA adalah polimer nukleotida, dengan pengecualian bahwa basa T digantikan oleh U. Molekul ini berbentuk pita sederhana dan memenuhi berbagai fungsi biologis.

Di dalam sel, ada tiga RNA utama. Messenger RNA adalah perantara antara DNA dan pembentukan protein. Dia bertugas menyalin informasi dalam DNA dan membawanya ke mesin terjemahan protein. RNA ribosom, tipe kedua, membentuk bagian struktural dari mesin kompleks ini.

Tipe ketiga, atau transfer RNA, bertanggung jawab untuk membawa residu asam amino yang cocok untuk sintesis protein.

Selain tiga RNA "tradisional", ada sejumlah RNA kecil yang terlibat dalam regulasi ekspresi gen, karena di dalam sel, semua gen yang dikodekan dalam DNA tidak dapat diekspresikan secara konstan dan pada tingkat yang sama..

Adalah penting bahwa organisme memiliki cara untuk mengatur gen mereka, yaitu memutuskan apakah mereka diekspresikan atau tidak. Secara analog, materi genetik hanya terdiri dari kamus kata-kata dalam bahasa Spanyol, dan mekanisme regulasi memungkinkan pembentukan karya sastra.

Blok struktural trifosfat nukleosida

Basa nitrogen adalah bagian dari trifosfat nukleosida, molekul yang, seperti DNA dan RNA, adalah kepentingan biologis. Selain basa, terdiri dari pentosa dan tiga gugus fosfat yang dihubungkan bersama melalui ikatan energi tinggi..

Berkat ikatan ini, nukleosida trifosfat adalah molekul yang kaya energi dan merupakan produk utama dari jalur metabolisme yang mencari pelepasan energi. Di antara yang paling banyak digunakan adalah ATP.

ATP atau adenosin trifosfat dibentuk oleh basa adenin nitrogen, dihubungkan dengan karbon yang terletak pada posisi 1 dari gula jenis pentosa: ribosa. Pada posisi lima karbohidrat ini, ketiga gugus fosfat saling terhubung.

Secara umum, ATP adalah mata uang energi sel, karena dapat digunakan dan dibuat ulang dengan cepat. Banyak jalur metabolisme yang umum di antara makhluk organik menggunakan dan menghasilkan ATP.

"Kekuatannya" didasarkan pada ikatan energi tinggi, yang dibentuk oleh kelompok fosfat. Muatan negatif dari kelompok-kelompok ini berada dalam tolakan konstan. Ada penyebab lain yang mempengaruhi hidrolisis pada ATP, termasuk stabilisasi oleh resonansi dan solvasi..

Autacoid

Meskipun sebagian besar nukleosida tidak memiliki aktivitas biologis yang signifikan, adenosin merupakan pengecualian pada mamalia. Ini berfungsi sebagai autacoid, analog dengan "hormon lokal" dan sebagai neuromodulator.

Nukleosida ini bersirkulasi secara bebas dalam aliran darah dan bekerja secara lokal, dengan berbagai efek pada pelebaran pembuluh darah, kontraksi otot polos, pelepasan neuron, pelepasan neurotransmitter dan dalam metabolisme lemak. Ini juga terkait dengan pengaturan detak jantung.

Molekul ini juga terlibat dalam pengaturan pola tidur. Konsentrasi adenosin meningkat dan meningkatkan kelelahan. Inilah alasan mengapa kafein membantu kita tetap terjaga: kafein menghambat interaksi neuron dengan adenosin ekstraseluler.

Blok struktural elemen pengatur

Sejumlah besar jalur metabolisme yang umum dalam sel memiliki mekanisme pengaturan berdasarkan tingkat ATP, ADP dan AMP. Dua molekul terakhir Etas memiliki struktur ATP yang sama, tetapi masing-masing kehilangan satu dan dua gugus fosfat.

Seperti yang kami sebutkan di bagian sebelumnya, ATP adalah molekul yang tidak stabil. Sel hanya harus menghasilkan ATP ketika dibutuhkan, karena harus menggunakannya dengan cepat. ATP dengan sendirinya juga merupakan elemen yang mengatur jalur metabolisme, karena keberadaannya menunjukkan kepada sel bahwa ia seharusnya tidak menghasilkan lebih banyak ATP..

Sebaliknya, turunannya yang terhidrolisis (AMP), memperingatkan sel bahwa ATP sedang habis dan harus menghasilkan lebih banyak. Dengan demikian, AMP mengaktifkan jalur metabolisme produksi energi, seperti glikolisis.

Demikian juga, banyak sinyal mirip hormon (seperti yang terlibat dalam metabolisme glikogen) dimediasi secara intraseluler oleh molekul cAMP (c adalah siklik) atau dengan varian serupa tetapi dengan guanin dalam strukturnya: cGMP.

Blok struktural koenzim

Dalam beberapa langkah jalur metabolisme, enzim tidak bisa bertindak sendiri. Mereka membutuhkan molekul tambahan untuk dapat memenuhi fungsinya; elemen-elemen ini disebut koenzim atau co-substrat, istilah terakhir lebih tepat, karena koenzim tidak aktif secara katalitik.

Dalam reaksi katalitik ini, ada kebutuhan untuk mentransfer elektron atau kelompok atom ke substrat lain. Molekul pembantu yang berpartisipasi dalam fenomena ini adalah koenzim.

Basa nitrogen adalah elemen struktural dari kofaktor tersebut. Di antara yang paling dikenal adalah nukleotida pirimidin (NAD)+, NADP+), FMN, FAD dan koenzim A. Ini berpartisipasi dalam jalur metabolisme yang sangat penting, seperti glikolisis, siklus Krebs, fotosintesis, antara lain.

Sebagai contoh, nukleotida pirimidin adalah koenzim yang sangat penting dari enzim dengan aktivitas dehidrogenase, dan bertanggung jawab untuk pengangkutan ion hidrida.

Referensi

  1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, A.D., Lewis, J., Raff, M., ... & Walter, P. (2013). Biologi sel esensial. Ilmu Garland.
  2. Cooper, G. M., & Hausman, R. E. (2007). Sel: pendekatan molekuler. Washington, DC, Sunderland, MA.
  3. Griffiths, A. J. (2002). Analisis genetik modern: mengintegrasikan gen dan genom. Macmillan.
  4. Griffiths, A.J., Wessler, S.R., Lewontin, R.C, Gelbart, W.M., Suzuki, D.T., & Miller, J.H. (2005). Pengantar analisis genetik. Macmillan.
  5. Koolman, J., & Röhm, K. H. (2005). Biokimia: teks dan atlas. Ed. Panamericana Medical.
  6. Passarge, E. (2009). Teks dan atlas genetik. Ed. Panamericana Medical.