ฐานไนโตรเจน

สภาพทั่วไป

ฐานไนโตรเจน คือสารประกอบอินทรีย์เฮเทอโรไซคลิคที่มีกลิ่นหอมซึ่งมีอะตอมของไนโตรเจนซึ่งมีส่วนร่วมในการก่อตัวของนิวคลีโอไทด์

ผลไม้ของการรวมกันของฐานไนโตรเจน, pentose (เช่นน้ำตาลที่มี 5 อะตอมของคาร์บอน) และกลุ่มฟอสเฟต, นิวคลีโอไทด์เป็นหน่วยโมเลกุลที่ประกอบขึ้นเป็นกรดนิวคลีอิก DNA และ RNA

ใน DNA ฐานของไนโตรเจน ได้แก่ อะดีนีนกัวนีนไซโตซีนและไทมีน ในอาร์เอ็นเอพวกมันเหมือนกันยกเว้นไทมีนซึ่งมีฐานไนโตรเจนที่เรียกว่ายูราซิล

ซึ่งแตกต่างจาก RNA, ฐานไนโตรเจนของรูปแบบการจับคู่หรือคู่เบส การปรากฏตัวของการจับคู่นั้นเป็นไปได้เพราะ DNA มีโครงสร้างนิวคลีโอไทด์ที่มีเกลียวสองเส้น

การแสดงออกของยีนขึ้นอยู่กับลำดับของฐานไนโตรเจนรวมกับนิวคลีโอไทด์ของ DNA

ฐานไนโตรเจนคืออะไร

ฐานไนโตรเจน เป็นโมเลกุลอินทรีย์ที่ประกอบด้วยไนโตรเจนซึ่งมีส่วนร่วมในการก่อตัวของ นิวคลีโอไทด์

ก่อตัวขึ้นโดยฐานไนโตรเจน, น้ำตาลที่มีอะตอมของคาร์บอน 5 ตัว (เพนโทส) และกลุ่มฟอสเฟตนิวคลีโอไทด์เป็นหน่วยโมเลกุลที่ประกอบขึ้นเป็น กรดนิวคลีอิก DNA และ RNA

กรดนิวคลีอิก DNA และ RNA เป็น โมเลกุลทางชีวภาพ ซึ่งขึ้นอยู่กับการพัฒนาและการทำงานที่เหมาะสมของเซลล์ของสิ่งมีชีวิต

NITROGEN BASIC ของ NUCLEIC ACIDS

ฐานไนโตรเจนที่ประกอบขึ้นเป็นกรดนิวคลีอิก DNA และ RNA ได้แก่ อะดีน, กัวนี น, ไซโตซีน, ไทมีน และ uracil

Adenine, guanine และ cytosine เป็นเรื่องธรรมดาสำหรับกรดนิวคลีอิกทั้งสองนั่นคือพวกเขาเป็นส่วนหนึ่งของทั้งนิวคลีโอไทด์ของ DNA และนิวคลีโอไทด์ของ RNA ไทมีนเป็นเอกสิทธิ์ของ DNA ในขณะที่ uracil เป็นเอกสิทธิ์ของ RNA

สรุปโดยย่อดังนั้นฐานไนโตรเจนที่เป็นกรดนิวคลีอิก (DNA หรือ RNA) จึงอยู่ใน 4 ประเภทที่แตกต่างกัน

การห้ามใช้เบสของไนโตรเจน

นักเคมีและนักชีววิทยาคิดว่าเหมาะสมที่จะทำให้ชื่อฐานไนโตรเจนสั้นลงด้วยตัวอักษรเพียงตัวเดียว ด้วยวิธีนี้พวกเขาทำให้การเป็นตัวแทนและคำอธิบายของกรดนิวคลีอิกง่ายขึ้นในตำรา

Adenine เกิดขึ้นพร้อมกับตัวพิมพ์ใหญ่ A; guanine ด้วยอักษรตัวใหญ่ G; cytosine ด้วยอักษรตัวใหญ่ C; Timina ด้วยอักษรตัวใหญ่ T; ในที่สุด uracil ที่มีตัวอักษรตัวใหญ่ U

ชั้นเรียนและโครงสร้าง

มีฐานของไนโตรเจนสองชั้น: ชั้นของฐานไนโตรเจนที่ได้จาก pyrimidine และชั้นของฐานไนโตรเจนที่ได้มาจาก purine

รูปที่: โครงสร้างทางเคมีทั่วไปของ pyrimidine และ purine

ฐานไนโตรเจนที่ได้มาจาก pyrimidine ยังเป็นที่รู้จักกันในชื่อทางเลือกของ ฐาน pyrimidine ไนโตรเจนหรือ pyrimidines ; ในขณะที่ฐานไนโตรเจนที่ได้มาจาก purine เป็นที่รู้จักกันโดยเงื่อนไขทางเลือกของ: purine หรือ purine ฐานไนโตรเจน

Cytosine, Thymine และ Uracil อยู่ในระดับของฐานไนโตรเจน pyrimidine; ในทางกลับกันอะดีนีนและกัวนีนจะสร้างชั้นของฐานไนโตรเจน purine ขึ้นมา

ตัวอย่างของอนุพันธ์ purine นอกเหนือจากฐานไนโตรเจนของ DNA และ RNA

ในบรรดาอนุพันธ์ของ purine นั้นยังมีสารประกอบอินทรีย์ที่ไม่ใช่ฐานไนโตรเจนของ DNA และ RNA ตัวอย่างเช่นสารประกอบเช่น: คาเฟอีน, แซนทีน, hypoxanthine, theobromine และกรดยูริคตกอยู่ในประเภทดังกล่าว

สิ่งที่เป็นพื้นฐานขั้นพื้นฐานจากมุมมองทางเคมีของมุมมอง?

นักเคมีอินทรีย์กำหนดฐานไนโตรเจนและอนุพันธ์ทั้งหมดของ purine และ pyrimidine เป็น สารประกอบเฮเทอโรไซคลิกอะโรมาติก

• สารประกอบเฮเทอโรไซคลิก เป็น สารประกอบ อินทรีย์ (หรือวงแหวน) ซึ่งในวงแหวนดังกล่าวมีอะตอมหนึ่งอะตอมหรือมากกว่านั้นแตกต่างจากคาร์บอน ในกรณีของ purines และ pyrimidines อะตอมอื่นที่ไม่ใช่คาร์บอนคืออะตอมของไนโตรเจน
• สารประกอบอะโรมาติก เป็น สารประกอบ วงแหวนอินทรีย์ที่มีลักษณะโครงสร้างและหน้าที่คล้ายกับน้ำมันเบนซิน

โครงสร้าง

ภาพ: โครงสร้างทางเคมีของเบนซีน

โครงสร้างทางเคมีของฐานไนโตรเจนที่ได้จาก pyrimidine ประกอบด้วย วงแหวน 6 อะตอมเดียว 4 แห่งซึ่งมีคาร์บอนและ 2 แห่งเป็นไนโตรเจน

ในความเป็นจริง pyrimidine nitrogenous base เป็น pyrimidine ที่มีส่วนประกอบย่อยอย่างน้อยหนึ่งชนิด (เช่นอะตอมเดี่ยวหรือกลุ่มอะตอม) ซึ่งถูกผูกไว้กับอะตอมคาร์บอนของวงแหวน

ในทางกลับกันโครงสร้างทางเคมีของฐานไนโตรเจนที่ได้จาก purine ส่วนใหญ่ประกอบด้วย แหวน คู่ กับ 9 รวม อะตอม 5 แห่งซึ่งเป็นคาร์บอนและ 4 ซึ่งเป็นไนโตรเจน วงแหวนคู่ดังกล่าวที่มีอะตอมรวม 9 อันเกิดขึ้นจากการหลอมรวมของไพริดีนริง (เช่นวงแหวนไพริมิดดีน) ที่มีวงแหวน imidazole (เช่นวงแหวน imidazole ซึ่งเป็นสารประกอบอินทรีย์เฮเทอโรไซคลิกอีกชนิด)

รูปที่: โครงสร้างของ imidazole

ในฐานะที่เป็นที่รู้จักกันแหวน pyrimidine มี 6 อะตอม; ในขณะที่วงแหวน imidazole มี 5 ด้วยฟิวชั่นวงแหวนทั้งสองแบ่งอะตอมคาร์บอนสองอะตอมแต่ละอันและอธิบายว่าทำไมโครงสร้างสุดท้ายประกอบด้วย 9 อะตอมโดยเฉพาะ

ตำแหน่งของอะตอมไนโตรเจนใน PURINE และ PYRIDIDES

เพื่อให้การศึกษาและคำอธิบายเกี่ยวกับโมเลกุลอินทรีย์ง่ายขึ้นนักเคมีอินทรีย์จึงคิดที่จะกำหนดหมายเลขที่ระบุให้กับคาร์บอนและให้กับอะตอมอื่น ๆ ทั้งหมดของโครงสร้างสนับสนุน การกำหนดหมายเลขเริ่มต้นที่ 1 เสมอขึ้นอยู่กับเกณฑ์การจัดสรรที่เฉพาะเจาะจงมาก (ซึ่งในกรณีนี้มันจะดีกว่าที่จะละเว้น) และทำหน้าที่กำหนดตำแหน่งของแต่ละอะตอมภายในโมเลกุล

สำหรับ ไพริมิดีน เกณฑ์การกำหนดตัวเลขแสดงให้เห็นว่าอะตอมไนโตรเจน 2 อันครอบครองตำแหน่งที่ 1 และตำแหน่งที่ 3 ในขณะที่อะตอมของคาร์บอน 4 ตัวอยู่ในตำแหน่งที่ 2, 4, 5 และ 6

อย่างไรก็ตามสำหรับ พิวรี นเกณฑ์การกำหนดตัวเลขระบุว่าอะตอมของไนโตรเจน 4 อันครอบครองตำแหน่งที่ 1, 3, 7 และ 9 ในขณะที่อะตอมของคาร์บอน 5 อะตอมอยู่ในตำแหน่งที่ 2, 4, 5, 6 และ 8

ตำแหน่งในนิวคลีโอไทด์

ฐานไนโตรเจนของนิวคลีโอไทด์จะรวมคาร์บอนในตำแหน่งที่ 1 ของ pentose ที่เกี่ยวข้องเสมอผ่าน พันธะโควาเลนต์ N-glycosidic

โดยเฉพาะอย่างยิ่ง

• ฐานไนโตรเจนที่ได้จากไพริริดีนจะสร้างพันธะ N-glycosidic ผ่าน ไนโตรเจนในตำแหน่งที่ 1
• ในขณะที่ฐานไนโตรเจนที่ได้จาก purine จะสร้างพันธะ N-glycosidic ผ่าน ไนโตรเจนในตำแหน่งที่ 9

ในโครงสร้างทางเคมีของนิวคลีโอไทด์เพนโตสเป็นองค์ประกอบสำคัญซึ่งฐานไนโตรเจนและกลุ่มฟอสเฟตถูกผูกไว้

พันธะทางเคมีที่เชื่อมฟอสเฟตเข้ากับกลุ่ม pentose นั้นเป็นประเภทของฟอสฟอสเทอเรสและเกี่ยวข้องกับออกซิเจนของกลุ่มฟอสเฟตและคาร์บอนในตำแหน่งที่ 5 ของ pentose

เมื่อ NITROGEN มีรูปแบบเป็น NUCLEOSIDE

การรวมกันของฐานไนโตรเจนและเพนโตสเป็นโมเลกุลอินทรีย์เรียกว่า นิวคลีโอไซด์

ดังนั้นจึงเป็นการเพิ่มกลุ่มฟอสเฟตที่เปลี่ยนนิวคลีโอไซด์เป็นนิวคลีโอไทด์

ยิ่งไปกว่านั้นตามคำนิยามเฉพาะของนิวคลีโอไทด์สารประกอบอินทรีย์เหล่านี้จะเป็น "นิวคลีโอไซด์ที่มีกลุ่มฟอสเฟตหนึ่งกลุ่มหรือมากกว่าเชื่อมโยงกับคาร์บอน 5 ของส่วนประกอบของเพนโทส"

องค์การใน DNA

DNA หรือ กรด deoxyribonucleic เป็นโมเลกุลทางชีวภาพที่มีขนาดใหญ่ซึ่งเกิดจากเส้นใยยาวสองนิวคลีโอไทด์ (หรือ เส้นใยโพลิ นิวคลีโอไทด์)

polynucleotide filaments เหล่านี้มีคุณสมบัติบางอย่างซึ่งสมควรได้รับใบเสนอราคาพิเศษเนื่องจากมันยังส่งผลต่อฐานไนโตรเจนอย่างใกล้ชิด:

• พวกเขาเป็นอันหนึ่งอันเดียวกันซึ่งกันและกัน
• พวกมันอยู่ในทิศทางตรงกันข้าม ("antiparallel filaments")
• พวกเขาห่อหุ้มตัวเองราวกับว่าพวกเขาทั้งสองเป็นเกลียว
• นิวคลีโอไทด์ที่ประกอบขึ้นเป็นพวกมันมีการจัดการเช่นนั้นดังนั้นฐานไนโตรเจนจะถูกมุ่งเน้นไปที่แกนกลางของแต่ละเกลียวในขณะที่กลุ่มเพนโทสและฟอสเฟตจะสร้างนั่งร้านภายนอกของหลัง

  การจัดเรียงของนิวคลีโอไทด์อย่างเป็นเอกเทศทำให้เกิดฐานไนโตรเจนแต่ละอันของหนึ่งในสองของโพลีนีลีโอไซด์เส้นที่จะเข้าร่วมผ่านพันธะไฮโดรเจนไปยังฐานไนโตรเจนที่มีอยู่ในเส้นใยอื่น ๆ สหภาพนี้จึงสร้างการรวมกันของฐานการผสมที่นักชีววิทยาและนักพันธุศาสตร์เรียกการ จับคู่ หรือ คู่ ฐาน

  เมื่อไม่นานมานี้มีการระบุว่าทั้งสองเส้นมีการรวมตัวกัน: เพื่อตรวจสอบการรวมกันของพวกเขาคือการเชื่อมโยงระหว่างฐานไนโตรเจนต่าง ๆ ของสอง polynucleotide

แนวคิดที่สมบูรณ์ระหว่างพื้นฐานของไนโตรเจน

จากการศึกษาโครงสร้างของ DNA นักวิจัยตระหนักว่าการจับคู่ฐานไนโตรเจนนั้นมีความ เฉพาะเจาะจง สูง ในความเป็นจริงพวกเขาสังเกตเห็นว่า adenine รวมเฉพาะไทมีนในขณะที่ cytosine ผูกกับ guanine เท่านั้น

ในแง่ของการค้นพบนี้พวกเขาประกาศเกียรติคุณคำว่า " complementarity ระหว่างฐานไนโตรเจน " เพื่อบ่งบอกถึงเอกลักษณ์ของอะดีนีนที่มีผลผูกพันกับไทมีนและไซโตซีนกับกัวนีน

การระบุการจับคู่ที่สมบูรณ์ระหว่างฐานไนโตรเจนเป็นหลักสำคัญในการอธิบายมิติทางกายภาพของ DNA และความมั่นคงโดยเฉพาะของเส้นโพลีนิวคลีโอไทด์สองเส้น

เพื่อให้การสนับสนุนอย่างเด็ดขาดในการค้นพบโครงสร้าง DNA (จากการพันขดลวดของ polynucleotide สองเส้นไปจนถึงการจับคู่ระหว่างฐานไนโตรเจนเสริม) เป็นนักชีววิทยาชาวอเมริกัน James Watson และนักชีววิทยาชาวอังกฤษ Francis Crick ในปี 1953

ด้วยการพัฒนาสูตรที่เรียกว่า " double helix model " ทำให้วัตสันและคริกมีความเข้าใจอย่างไม่น่าเชื่อซึ่งเป็นจุดเปลี่ยนยุคในสาขาชีววิทยาโมเลกุลและพันธุศาสตร์

ในความเป็นจริงการค้นพบโครงสร้างที่แน่นอนของ DNA ทำให้การศึกษาและความเข้าใจในกระบวนการทางชีววิทยาที่เห็นตัวเอกของกรด deoxyribonucleic: จากการเลียนแบบหรือรูปแบบ RNA กับวิธีการสร้างโปรตีน

โบนัสที่เข้าร่วมคูปองของ NITROGEN

การรวมสองฐานไนโตรเจนในโมเลกุล DNA ทำให้เกิดการจับคู่ที่สมบูรณ์เป็นชุดของพันธะเคมีที่รู้จักกันในชื่อ พันธะไฮโดรเจน

อะดีนีนและไทมีนมีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกันด้วยพันธะไฮโดรเจน สอง พันธะในขณะที่กัวนีนและไซโตซีนด้วยพันธะไฮโดรเจน สาม พันธะ

คูปองจำนวนมากของ NITOTE นั้นมีโมเลกุลของ DNA ของมนุษย์หรือไม่?

โมเลกุลดีเอ็นเอของมนุษย์ทั่วไปมีประมาณ 3.3 พันล้านคู่ฐานไนโตรเจน ซึ่งประมาณ 3.3 พันล้านนิวคลีโอไทด์ต่อเส้น

รูปที่: ปฏิกิริยาทางเคมีระหว่าง adenine และ thymine และระหว่าง guanine และ cytosine ผู้อ่านสามารถสังเกตตำแหน่งและจำนวนพันธะไฮโดรเจนที่เกาะติดกันกับฐานไนโตรเจนของโพลีนิวคลีโอไทด์สองเส้น

องค์กรใน RNA

ซึ่งแตกต่างจาก DNA, RNA หรือ กรด ribonucleic เป็นกรดนิวคลีอิกมักจะประกอบด้วยเส้นนิวคลีโอไทด์เดียว

ดังนั้นฐานไนโตรเจนที่ประกอบขึ้นเป็น "ไม่ได้รับการจับคู่"

อย่างไรก็ตามควรสังเกตว่าการขาดเส้นใยไนโตรเจนเสริมไม่ได้ยกเว้นความเป็นไปได้ที่ฐานไนโตรเจนของ RNA สามารถจับคู่กับ DNA ได้

กล่าวอีกนัยหนึ่งฐานไนโตรเจนของเส้นใย RNA เดี่ยวสามารถจับคู่ได้ตามกฎหมายว่าด้วยความสมบูรณ์ระหว่างฐานไนโตรเจนเช่นเดียวกับฐานไนโตรเจนของ DNA

การมีเพศสัมพันธ์อย่างสมบูรณ์ระหว่างฐานไนโตรเจนของโมเลกุล RNA ที่แตกต่างกันสองตัวอยู่ที่ฐานของกระบวนการ สังเคราะห์โปรตีนที่ สำคัญ (หรือ การสังเคราะห์โปรตีน )

URACILE เป็นผู้แทน TIMINA

ใน RNA นั้น uracil จะแทนที่ไทมีนของ DNA ไม่เพียง แต่ในโครงสร้างเท่านั้น แต่ยังอยู่ในการจับคู่ที่สมบูรณ์ด้วย: ในความเป็นจริงมันเป็นฐานของไนโตรเจนที่ผูกกับอะดีนีนโดยเฉพาะ

บทบาททางชีวภาพ

การ แสดงออกของยีน ขึ้นอยู่กับลำดับของฐานไนโตรเจนที่เข้าร่วมกับนิวคลีโอไทด์ของ DNA ยีน เป็นส่วนที่ยาวมากหรือน้อยของ DNA (ส่วนนิวคลีโอไทด์) ซึ่งมีข้อมูลที่จำเป็นสำหรับการสังเคราะห์โปรตีน ประกอบด้วย กรดอะมิโน โปรตีนเป็นโมเลกุลทางชีวภาพซึ่งมีบทบาทพื้นฐานในการควบคุมกลไกเซลล์ของสิ่งมีชีวิต

ลำดับของฐานไนโตรเจนของยีนที่ระบุระบุลำดับกรดอะมิโนของโปรตีนที่เกี่ยวข้อง