basa nitrogen yang senyawa organik heterocyclically, kaya nitrogen. Mereka adalah bagian dari blok bangunan asam nukleat dan molekul biologis lainnya, 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. Adenin dan guanin termasuk dalam kelompok pertama, sedangkan timin, sitosin, dan urasil adalah basa pirimidin. Umumnya basa ini dilambangkan dengan huruf pertama: A, G, T, C dan U.
Basa nitrogen yang berbeda dalam DNA dan RNA. Sumber: Pengguna: Sponktranslation: Pengguna: Jcfidy [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)]
Bahan penyusun DNA adalah A, G, T dan C. Dalam urutan basa ini semua informasi yang diperlukan untuk pembangunan dan perkembangan organisme hidup dikodekan. Pada RNA, komponennya sama, hanya T yang diganti dengan U.
Indeks artikel
Struktur dan klasifikasi
Basa nitrogen adalah molekul datar, dari jenis aromatik dan heterosiklik, yang umumnya berasal dari purin atau pirimidin.
Cincin pirimidin
Struktur kimia pirimidin.
Cincin pirimidin adalah cincin aromatik heterosiklik beranggota enam dengan dua atom nitrogen. Atom-atom diberi nomor searah jarum jam.
cincin purin
Struktur kimia purin.
Cincin purin terdiri dari sistem dua cincin: satu secara struktural mirip dengan cincin pirimidin dan yang lainnya mirip dengan cincin imidazol. Sembilan atom ini menyatu menjadi satu cincin.
Cincin pirimidin adalah sistem datar, sedangkan purin agak menyimpang dari pola ini. Sedikit lipatan atau kerutan telah dilaporkan antara cincin imidazol dan cincin pirimidin.
Sifat basa nitrogen
Aromatisitas
Dalam kimia organik, cincin aromatik didefinisikan sebagai molekul yang elektronnya dari ikatan rangkap memiliki peredaran 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 tautomerisme keto-enol.
Artinya, purin dan pirimidin ada dalam pasangan tautomer. Tautomer keto dominan pada pH netral untuk basa urasil, timin, dan guanin. Sebaliknya, bentuk enol dominan untuk sitosin, pada pH netral. Aspek ini sangat penting untuk pembentukan ikatan hidrogen antara basa.
Penyerapan sinar UV
Sifat lain dari purin dan pirimidin adalah kemampuannya untuk menyerap sinar ultraviolet (sinar UV) dengan kuat. Pola absorpsi ini merupakan akibat langsung dari aromatisitas cincin heterosikliknya.
Spektrum serapan memiliki maksimum mendekati 260 nm. Para peneliti menggunakan standar ini untuk mengukur jumlah DNA dalam sampel mereka.
Kelarutan air
Berkat karakter aromatik yang kuat dari basa nitrogen, molekul-molekul ini praktis tidak larut dalam air.
Basa nitrogen dari kepentingan biologis
Meskipun ada sejumlah besar basa nitrogen, kita hanya menemukan beberapa 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 ditemukan dalam heliks ganda DNA, sedangkan sitosin dan urasil umum ditemukan 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 ini berlimpah baik dalam molekul DNA maupun RNA.
Ada turunan lain dari purin yang kita temukan secara alami di dalam sel, termasuk xanthine, hypoxanthine dan asam urat. Dua yang pertama dapat ditemukan dalam asam nukleat, tetapi dengan cara yang sangat langka dan spesifik. Sebaliknya, asam urat tidak pernah ditemukan sebagai komponen struktural dari biomolekul ini .
Bagaimana mereka kawin?
Struktur DNA telah dijelaskan oleh peneliti Watson dan Crick. Berkat penelitian mereka, dimungkinkan untuk menyimpulkan bahwa DNA adalah heliks ganda. Ini terdiri dari 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 kita gambarkan menyerupai tangga dengan pegangannya masing-masing. Basa nitrogen adalah analog dengan tangga, yang dikelompokkan dalam heliks ganda melalui ikatan hidrogen.
Dalam jembatan hidrogen, dua atom elektronegatif berbagi proton di antara basa. Untuk pembentukan jembatan hidrogen, diperlukan partisipasi atom hidrogen dengan sedikit muatan positif dan akseptor dengan muatan negatif kecil.
Jembatan terbentuk antara H dan O. Ikatan ini lemah, dan harus demikian, karena DNA harus terbuka dengan mudah untuk bereplikasi.
Aturan Chargaff
Pasangan basa membentuk ikatan hidrogen dengan mengikuti pola pasangan purin-pirimidin berikut yang dikenal sebagai aturan Chargaff: pasangan guanin dengan sitosin dan pasangan adenin dengan timin.
Pasangan GC membentuk tiga kaleng hidrogen satu sama lain, sedangkan pasangan AT hanya dihubungkan oleh dua jembatan. Dengan demikian, kita dapat memprediksi bahwa DNA dengan kandungan 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 .
Fitur
Bahan penyusun asam nukleat
Makhluk organik menyajikan jenis biomolekul yang disebut asam nukleat. Ini adalah polimer besar yang terdiri dari monomer berulang – nukleotida, bergabung dengan jenis ikatan khusus, yang disebut ikatan fosfodiester. Mereka diklasifikasikan menjadi dua tipe dasar, DNA dan RNA.
Setiap nukleotida terdiri dari gugus fosfat, gula (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 disebut nukleosida.
Dalam DNA
DNA adalah materi genetik makhluk hidup (dengan pengecualian beberapa virus yang terutama menggunakan RNA). Menggunakan kode 4 basa, DNA memiliki urutan untuk semua protein yang ada pada organisme, serta unsur yang mengatur ekspresinya.
Struktur DNA harus stabil, karena organisme menggunakannya untuk mengkodekan informasi. Namun, itu adalah molekul yang rentan terhadap perubahan, yang disebut mutasi. Perubahan materi genetik ini merupakan bahan dasar untuk perubahan evolusioner.
Dalam RNA
Seperti DNA, RNA adalah polimer nukleotida, dengan pengecualian bahwa basa T digantikan oleh U. Molekul ini dalam bentuk pita tunggal dan memenuhi berbagai fungsi biologis.
Di dalam sel, ada tiga RNA utama. Messenger RNA merupakan perantara antara DNA dan pembentukan protein. Ia bertugas menyalin informasi dalam DNA dan membawanya ke mesin translasi protein. ribosom RNA , tipe kedua, struktural merupakan bagian dari mesin yang kompleks ini.
Jenis ketiga, atau RNA transfer, bertanggung jawab untuk membawa residu asam amino yang sesuai untuk sintesis protein .
Selain tiga RNA “tradisional”, ada serangkaian RNA kecil yang berpartisipasi dalam regulasi ekspresi gen, karena semua gen yang dikodekan dalam DNA tidak dapat diekspresikan secara konstan dan dalam jumlah yang sama di dalam sel.
Organisme harus memiliki jalur untuk mengatur gen mereka, yaitu memutuskan apakah mereka diekspresikan atau tidak. Demikian pula, materi genetik hanya terdiri dari kamus kata-kata Spanyol, dan mekanisme pengaturan memungkinkan pembentukan karya sastra.
Blok penyusun nukleosida trifosfat
Basa nitrogen adalah bagian dari nukleosida trifosfat, sebuah molekul yang, seperti DNA dan RNA, memiliki kepentingan biologis. Selain basa, itu terdiri dari pentosa dan tiga gugus fosfat yang dihubungkan bersama melalui ikatan berenergi 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 terdiri dari basa nitrogen adenin, terkait dengan karbon yang terletak di posisi 1 dari gula tipe pentosa: ribosa. Di posisi lima karbohidrat ini, ketiga gugus fosfat terkait.
Secara umum, ATP adalah mata uang energi sel, karena dapat digunakan dan diregenerasi dengan cepat. Banyak jalur metabolisme umum di antara bahan organik menggunakan dan menghasilkan ATP.
“Kekuatannya” didasarkan pada ikatan energi tinggi, yang dibentuk oleh gugus fosfat. Muatan negatif dari kelompok-kelompok ini dalam tolakan konstan. Ada penyebab lain yang mempengaruhi hidrolisis di ATP, termasuk stabilisasi resonansi dan solvasi.
Autacoid
Meskipun sebagian besar nukleosida tidak memiliki aktivitas biologis yang signifikan, adenosin merupakan pengecualian yang nyata pada mamalia . Ini bekerja sebagai autacoid, analog dengan “hormon lokal” dan sebagai neuromodulator.
Nukleosida ini beredar bebas dalam aliran darah dan bekerja secara lokal, dengan berbagai efek pada pelebaran pembuluh darah, kontraksi otot polos, pelepasan saraf, pelepasan neurotransmiter, dan metabolisme lemak. Ini juga terkait dengan pengaturan detak jantung.
Molekul ini juga terlibat dalam pengaturan pola tidur. Konsentrasi adenosin meningkat dan menyebabkan kelelahan. Inilah sebabnya mengapa kafein membantu kita tetap terjaga: ia memblokir interaksi saraf dengan adenosin ekstraseluler.
Blok struktural unsur regulasi
Sejumlah besar jalur metabolisme umum dalam sel memiliki mekanisme pengaturan berdasarkan tingkat ATP, ADP dan AMP. Dua molekul terakhir ini memiliki struktur yang sama dengan ATP, tetapi masing-masing telah kehilangan satu dan dua gugus fosfat.
Seperti yang kita sebutkan di bagian sebelumnya, ATP adalah molekul yang tidak stabil. Sel seharusnya hanya menghasilkan ATP saat dibutuhkan, karena harus menggunakannya dengan cepat. ATP sendiri juga merupakan unsur yang mengatur jalur metabolisme, karena kehadirannya menunjukkan kepada sel bahwa ia tidak boleh menghasilkan lebih banyak ATP.
Sebaliknya, turunan terhidrolisisnya (AMP), memperingatkan sel bahwa ATP sedang habis dan harus menghasilkan lebih banyak. Dengan demikian, AMP mengaktifkan jalur metabolisme untuk produksi energi, seperti glikolisis .
Demikian juga, banyak sinyal hormonal (seperti yang terlibat dalam metabolisme glikogen) dimediasi intraseluler oleh molekul cAMP (c adalah untuk siklik) atau oleh varian serupa tetapi dengan guanin dalam strukturnya: cGMP.
Blok bangunan koenzim
Pada beberapa langkah dalam jalur metabolisme, enzim tidak dapat bekerja sendiri. Mereka membutuhkan molekul tambahan untuk dapat memenuhi fungsinya; Unsur-unsur ini disebut koenzim atau kosubstrat, istilah yang 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 tambahan yang berpartisipasi dalam fenomena ini adalah koenzim.
Basa nitrogen adalah unsur struktural dari kofaktor ini. 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.
Misalnya, nukleotida pirimidin adalah koenzim yang sangat penting dari enzim dengan aktivitas dehidrogenase, dan bertanggung jawab untuk pengangkutan ion hidrida.
Referensi
- Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M.,… & Walter, P. (2013). Biologi sel esensial . Ilmu Garland.
- Cooper, GM, & Hausman, RE (2007). Sel: pendekatan molekuler . Washington, DC, Sunderland, MA.
- Griffiths, AJ (2002). Analisis genetik cararn: mengintegrasikan gen dan genom . Macmillan.
- Griffiths, AJ, Wessler, SR, Lewontin, RC, Gelbart, WM, Suzuki, DT, & Miller, JH (2005). Pengantar analisis genetik . Macmillan.
- Koolman, J., & Rohm, KH (2005). Biokimia: teks dan atlas . Ed. Medis Panamerika.
- Passarge, E. (2009). Teks dan atlas genetika . Ed. Medis Panamerika.
