כְּלָלִיוּת
בסיסי חנקן הם תרכובות אורגניות הטרוציקליות ארומטיות, המכילות אטומי חנקן, שלוקחות חלק בחיקת הנוקלאוטידים.
פרי האיחוד של בסיס חנקני, פנטוז (כלומר סוכר עם 5 אטומי פחמן) וקבוצת פוספט, נוקלאוטידים הם היחידות המולקולריות המרכיבות את חומצות הגרעין DNA ו- RNA.
ב- DNA הבסיסים החנקניים הם: אדנין, גואנין, ציטוזין ותימין; ב- "RNA, הם זהים, למעט תימין, שבמקומו c" הוא בסיס חנקני הנקרא uracil.
בניגוד לאלה של RNA, הבסיסים החנקניים של ה- DNA יוצרים זיווג או זוגות בסיס. נוכחות של זיווג כזה אפשרית מכיוון של- DNA יש מבנה דו-גדילי של נוקלאוטידים.
ביטוי הגנים תלוי ברצף הבסיסים החנקניים המחוברים לנוקלאוטידים ה- DNA.
מהם בסיסים חנקניים?
בסיסי חנקן הם המולקולות האורגניות, המכילות חנקן, שלוקחות חלק בהכנת הנוקלאוטידים.
הנוקלאוטידים הינם היחידות המולקולריות המרכיבות את חומצות הגרעין ה- DNA וה- RNA.
חומצות הגרעין DNA ו- RNA הן המקרו -מולקולות הביולוגיות, שבהן תלות ההתפתחות והתפקוד התקין של תאים של יצור חי.
בסיסי החנקן של חומצות גרעין
הבסיסים החנקניים המרכיבים את חומצות הגרעין של ה- DNA ו- RNA הם: אדנין, גואנין, ציטוזין, תימין ואורציל.
אדנין, גואנין וציטוזין משותפים לשתי חומצות הגרעין, כלומר הן חלק מהנוקלאוטידים של ה- DNA ומהנוקלאוטידים של ה- RNA. תימין הוא בלעדי ל- DNA, בעוד uracil הוא בלעדי ל- RNA.
אם כן, בסיכום קצר, הבסיסים החנקניים היוצרים חומצת גרעין (DNA או RNA) שייכים ל -4 סוגים שונים.
קיצורים של בסיסי חנקן
כימאים וביולוגים ראו לנכון לקצר את שמות הבסיסים החנקניים באות אחת של האלף בית. באופן זה הם הקלו ומהירים יותר לייצג ולתאר חומצות גרעין בטקסטים.
L "אדנין עולה בקנה אחד עם האות הגדולה A; גואנין עם האות הגדולה G; ציטוזין עם האות הגדולה C; התימין עם האות T; לבסוף, l" uracil עם האות הגדולה U.
שיעורים ומבנה
ישנם שני סוגים של בסיסים חנקניים: סוג הבסיסים החנקניים הנובעים מפירימידין ומעמד הבסיסים החנקניים הנובעים מפורין.
איור: מבנה כימי גנרי של פירימידין ופורין.
הבסיסים החנקניים הנובעים מפירימידין ידועים גם בשמות האלטרנטיביים של: פירימידין או בסיסי חנקן פירימידין; בעוד שהבסיסים החנקניים שמקורם בפורין ידועים גם במונחים האלטרנטיביים של: בסיסים חנקניים פורין או פורין.
ציטוזין, תימין ואורציל שייכים למחלקה של בסיסים חנקניים פירימידין; אדנין וגואנין, לעומת זאת, מהווים את סוג הבסיסים החנקניים של הפורין.
דוגמאות לנגזרות פורין, מלבד הבסיסים החנקניים של DNA ו- RNA
בין נגזרות הפורין קיימות גם תרכובות אורגניות שאינן בסיסים חנקניים של DNA ו- RNA. למשל, תרכובות כמו קפאין, קסנטין, היפוקסנטין, תאוברומין וחומצת שתן נכללות בקטגוריה הנ"ל.
מה הם בסיסי חנקן מנקודת המבט הכימית?
כימאים אורגניים מגדירים בסיסים חנקניים וכל הנגזרות של פורין ופירימידין כתרכובות הטרוציקליות ארומטיות.
- תרכובת הטרוציקלית היא תרכובת טבעת (או מחזורית) אורגנית אשר בטבעת האמורה יש אטום אחד או יותר מלבד פחמן. במקרה של פורינים ופירימידינים, האטומים שאינם פחמן הם אטומי החנקן.
- תרכובת ארומטית היא תרכובת טבעת אורגנית בעלת מאפיינים מבניים ותפקודיים הדומים לאלה של בנזן.
מִבְנֶה
איור: מבנה כימי של בנזן.
המבנה הכימי של הבסיסים החנקניים שמקורם בפירימידין מורכב בעיקר מטבעת אחת עם 6 אטומים, מתוכם 4 פחמן ו -2 מתוכם חנקן.
למעשה, בסיס חנקן פירימידין הוא פירימידין עם אחד או יותר תחליפים (כלומר אטום בודד או קבוצת אטומים) המחוברים לאחד מאטומי הפחמן של הטבעת.
מצד שני, המבנה הכימי של בסיסים חנקניים שמקורם בפורין מורכב בעיקר מטבעת כפולה עם 9 אטומים בסך הכל, מתוכם 5 פחמן ו -4 מתוכם חנקן. הטבעת הכפולה הנ"ל עם 9 אטומים בסך הכל נובעת מהיתוך של טבעת פירידימינית (כלומר טבעת הפירימידין) עם טבעת אימידאזול (כלומר טבעת אימידאזול, תרכובת אורגנית הטרוציקלית נוספת).
איור: מבנה של אימידאזול.
כידוע, טבעת הפירימידין מכילה 6 אטומים; בעוד שטבעת האימידאזול מכילה 5. עם האיחוי, שתי הטבעות מכניסות שני אטומי פחמן כל אחד וזה מסביר מדוע המבנה הסופי מכיל, במיוחד, 9 אטומים.
מיקום אטומי החנקן בפורין ופרימידינים
כדי לפשט את המחקר והתיאור של מולקולות אורגניות, כימאים אורגניים חשבו להקצות מספר זיהוי לפחמנים ולכל האטומים האחרים של המבנים התומכים. המספור תמיד מתחיל מ -1, מבוסס על קריטריונים ייחודיים מאוד (שכאן עדיף לעזוב) ומשמש לקביעת המיקום של כל אטום בתוך המולקולה.
לגבי פירימידינים, קריטריוני ההקצאה המספריים קובעים כי 2 אטומי החנקן תופסים את המיקום 1 ואת המיקום 3, בעוד 4 אטומי הפחמן שוכנים במיקום 2, 4, 5 ו -6.
לעומת זאת, לפורינים קריטריוני ההקצאה המספריים קובעים ש -4 אטומי החנקן תופסים את המיקום 1, 3, 7 ו -9, בעוד ש -5 אטומי הפחמן שוכנים במיקום 2, 4, 5, 6 ו -8.
מיקום בנוקלאוטידים
הבסיס החנקני של נוקלאוטיד מצטרף תמיד לפחמן במיקום 1 של הפנטוז המקביל, דרך קשר N-גליקוזידי קוולנטי.
באופן מיוחד,
- ה בסיסים חנקניים הנובעים מפירימידין הם יוצרים את הקשר N-glycosidic, דרך החנקן שלהם במיקום 1;
- בזמן ש בסיסים חנקניים הנובעים מפורין הם יוצרים את הקשר N-glycosidic, דרך החנקן שלהם במיקום 9.
במבנה הכימי של נוקלאוטידים, הפנטוז מייצג את היסוד המרכזי, אליו נקשר הבסיס החנקני וקבוצת הפוספט.
הקשר הכימי המצטרף לקבוצת הפוספט לפנטוז הוא מסוג פוספודיאסטר וכולל חמצן של קבוצת הפוספט והפחמן במיקום 5 של הפנטוז.
מתי בסיס חנקן יוצר גרעין?
השילוב של בסיס חנקני ופנטוז יוצר מולקולה אורגנית שלוקחת את השם נוקלאוזיד.
מכאן, שהתוספת של קבוצת הפוספטים משנה את הנוקלאוזידים לנוקלאוטידים.
יתר על כן, על פי הגדרה מסוימת של נוקלאוטידים, תרכובות אורגניות אלה יהיו "נוקלאוזידים בעלי קבוצה אחת או יותר של פוספט המקושרים לפחמן 5 של הפנטוז המרכיב".
ארגון ב- DNA
DNA, או חומצה deoxyribonucleic, היא מולקולה ביולוגית גדולה המורכבת משני גדילים ארוכים מאוד של נוקלאוטידים (או גדילים פולינוקלאוטידים).
לנימות פולינונוקלאוטיד אלה יש כמה מאפיינים, שראויים לציון מיוחד מכיוון שהם משפיעים גם הם באופן הדוק על הבסיסים החנקניים:
- הם מאוחדים זה בזה.
- הם מכוונים לכיוונים מנוגדים ("נימים אנטי -מקבילים").
- הם עוטפים זה את זה, כאילו היו שני ספירלות.
- לנוקלאוטידים המרכיבים אותם יש סידור כזה, כך שהבסיסים החנקניים מכוונים כלפי הציר המרכזי של כל ספירלה, בעוד שהפנטוזות וקבוצות הפוספט יוצרות את הפיגום החיצוני של האחרון.
הסידור היחיד של הנוקלאוטידים גורם לכל בסיס חנקני של אחד משני חוטי הפולינוקלאוטידים להצטרף, באמצעות קשרי מימן, לבסיס חנקני הקיים על החוט השני. קראו לזה זיווג או זוג בסיסי.
פוק "אכן אושר ששני החוטים מחוברים זה לזה: כדי לקבוע את האיחוד הם הקשרים הקיימים בין הבסיסים החנקניים השונים של שני חוטי הפולינוקלאוטידים.
תפיסת ההשלמה בין בסיסי החנקן
על ידי מחקר על מבנה ה- DNA, החוקרים גילו שהזיווג בין בסיסים חנקניים הוא מאוד ספציפי. למעשה, הם שמו לב שאדנין נקשר רק לתימין, בעוד שציטוזין נקשר רק לגואנין.
לאור תגלית זו, הם טבעו את המונח "השלמה בין בסיסים חנקניים", כדי להצביע על הקשר החד -משמעי בין אדנין לתמין וציטוזין עם גואנין.
זיהוי הזוגיות המשלימה בין בסיסים חנקניים ייצג את אבן המפתח, כדי להסביר את הממדים הפיזיים של ה- DNA ואת היציבות המיוחדת בה נהנים שני גדילים הפולינוקלאוטידים.
הביולוג האמריקאי ג'יימס ווטסון והביולוג האנגלי פרנסיס קריק, בשנת 1953, תרמו תרומה מכרעת לגילוי מבנה ה- DNA (החל מ"סלילת הספירלה של שני גדילים הפולינוקלאוטידים "ועד לזיווג בין בסיסים חנקניים משלימים).
עם ניסוחו של מה שנקרא "מודל סליל כפול", ווטסון וקריק היו בעלי "אינטואיציה מדהימה, שייצגה נקודת מפנה אפוקלית בתחום הביולוגיה המולקולרית והגנטיקה.
למעשה, גילוי המבנה המדויק של ה- DNA איפשר ללמוד ולהבין את התהליכים הביולוגיים הכרוכים בחומצה deoxyribonucleic: מאיך RNA משוכפל או נוצר ועד ליצירת חלבונים.
האגרות הקושרות יחד את צמדי בסיסי החנקן
כדי לאחד שני בסיסים חנקניים במולקולת DNA, היוצרים זוגות משלימים, הם סדרה של קשרים כימיים, המכונים קשרי מימן.
אדנין ותימין מתקשרים זה עם זה באמצעות שני קשרי מימן, ואילו גואנין וציטוזין באמצעות שלושה קשרי מימן.
כמה זוגות של בסיסי חנקן מכיל מולקולה DNA אנושית?
מולקולת DNA אנושית גנרית מכילה כ -3.3 מיליארד זוגות בסיס חנקניים, שהם כ -3.3 מיליארד נוקלאוטידים לכל גדיל.
איור: אינטראקציה כימית בין אדנין ותימין ובין גואנין וציטוזין. הקורא יכול לציין את המיקום ואת מספר קשרי המימן המחזיקים יחד את הבסיסים החנקניים של שני גדילי פולינוקלאוטידים.
ארגון ב- RNA
שלא כמו DNA, RNA או חומצה ריבונוקלאית, היא חומצת גרעין המורכבת בדרך כלל מחוט יחיד של נוקלאוטידים.
לכן, הבסיסים החנקניים המהווים אותו הם "לא מזווגים".
עם זאת, יש לציין כי היעדר גדיל בסיס חנקני משלים אינו שולל את האפשרות שבסיסי החנקן של RNA יכולים להתאים כמו אלה של DNA.
במילים אחרות, הבסיסים החנקניים של גדיל RNA יחיד יכולים להתאים, על פי חוקי ההשלמה בין בסיסים חנקניים, ממש כמו הבסיסים החנקניים של ה- DNA.
ההתאמה המשלימה בין בסיסים חנקניים של שתי מולקולות RNA מובחנות היא הבסיס לתהליך החשוב של סינתזת החלבון (או סינתזת החלבון).
URACILE מחליף את TIMINA
ב- "RNA", uracil מחליף את התימין של ה- DNA לא רק במבנה, אלא גם בזיווג המשלים: למעשה, זהו הבסיס החנקני הנקשר במיוחד לאדנין, כאשר מופיעות שתי מולקולות RNA מובחנות לתפקוד תפקודי. סיבות.
תפקיד ביולוגי
ביטוי הגנים תלוי ברצף הבסיסים החנקניים המחוברים לנוקלאוטידים של הדנ"א. גנים הם קטעים ארוכים יותר של DNA (ולכן קטעי נוקלאוטידים), המכילים את המידע החיוני לסינתזה של חלבונים. המורכב מחומצות אמינו, חלבונים הם מקרומולקולות ביולוגיות, אשר ממלאות תפקיד בסיסי בוויסות המנגנונים התאים של אורגניזם.
רצף הבסיס החנקני של הגן הנתון מציין את רצף חומצות האמינו של החלבון הקשור.
