قواعد النيتروجين

عمومية

قواعد النيتروجين عبارة عن مركبات عضوية حلقية غير متجانسة عطرية تحتوي على ذرات نيتروجين ، والتي تشارك في تكوين النيوكليوتيدات.
ثمرة اتحاد القاعدة النيتروجينية ، البنتوز (أي السكر مع 5 ذرات كربون) ومجموعة الفوسفات ، النيوكليوتيدات هي الوحدات الجزيئية التي تتكون منها الأحماض النووية DNA و RNA.
القواعد النيتروجينية في الحمض النووي هي: الأدينين والجوانين والسيتوزين والثيمين. في "RNA ، تكون هي نفسها ، باستثناء الثايمين ، حيث c" هي قاعدة نيتروجينية تسمى uracil.
على عكس تلك الموجودة في الحمض النووي الريبي ، فإن القواعد النيتروجينية للحمض النووي تشكل الاقتران أو الأزواج القاعدية ، ووجود مثل هذا الاقتران ممكن لأن الحمض النووي له بنية مزدوجة من النيوكليوتيدات.
يعتمد التعبير الجيني على تسلسل القواعد النيتروجينية المرتبطة بنيوكليوتيدات الحمض النووي.

ما هي القواعد النيتروجينية؟

قواعد النيتروجين هي الجزيئات العضوية ، التي تحتوي على النيتروجين ، والتي تشارك في تكوين النيوكليوتيدات.
تتكون كل من القاعدة النيتروجينية ، والسكر المكون من 5 كربون (بنتوز) ومجموعة الفوسفات ، والنيوكليوتيدات هي الوحدات الجزيئية التي تتكون منها الأحماض النووية DNA و RNA.
الحمض النووي DNA و RNA هما الجزيئات البيولوجية الضخمة ، التي يعتمد عليها التطور والأداء السليم لخلايا الكائن الحي.

قواعد النيتروجين للأحماض النووية

القواعد النيتروجينية التي تتكون منها الأحماض النووية DNA و RNA هي: الأدينين ، الجوانين ، السيتوزين ، الثايمين واليوراسيل.
Adenine و Guanine و cytosine شائعة في كل من الأحماض النووية ، أي أنها جزء من كل من نيوكليوتيدات الحمض النووي ونيوكليوتيدات الحمض النووي الريبي. الثايمين حصري للحمض النووي ، في حين أن اليوراسيل حصري لـ RNA.
عند إجراء ملخص موجز ، فإن القواعد النيتروجينية التي تشكل الحمض النووي (سواء كان DNA أو RNA) تنتمي إلى 4 أنواع مختلفة.

اختصارات قواعد النيتروجين

اعتبر الكيميائيون وعلماء الأحياء أنه من المناسب تقصير أسماء القواعد النيتروجينية بحرف أبجدي واحد ، وبهذه الطريقة سهّلوا وأسرعوا تمثيل ووصف الأحماض النووية في النصوص.
يتطابق L "adenine مع الحرف الكبير A ؛ الجوانين بالحرف الكبير G ؛ السيتوزين بالحرف الكبير C ؛ الثايمين بالحرف الكبير T ؛ أخيرًا ، l" uracil بالحرف الكبير U.

الطبقات والهيكل

هناك نوعان من القواعد النيتروجينية: فئة القواعد النيتروجينية المشتقة من بيريميدين وفئة القواعد النيتروجينية المشتقة من البيورين.

الشكل: التركيب الكيميائي العام للبيريميدين والبيورين.

القواعد النيتروجينية المشتقة من بيريميدين معروفة أيضًا بأسماء بديلة: قواعد بيريميدين أو بيريميدين النيتروجينية ؛ بينما القواعد النيتروجينية المشتقة من البيورين معروفة أيضًا بالمصطلحات البديلة: قواعد البيورين أو البيورين النيتروجينية.
ينتمي السيتوزين والثايمين واليوراسيل إلى فئة القواعد النيتروجينية بيريميدين ؛ من ناحية أخرى ، يشكل الأدينين والجوانين فئة القواعد النيتروجينية البيورينية.

أمثلة على مشتقات البيورين ، بخلاف القواعد النيتروجينية للحمض النووي والحمض النووي الريبي
من بين مشتقات البيورين ، توجد أيضًا مركبات عضوية ليست قواعد نيتروجينية للحمض النووي والـ RNA ، على سبيل المثال ، تندرج مركبات مثل الكافيين والزانثين والهيبوكسانثين والثيوبرومين وحمض البوليك في الفئة أعلاه.

ما هي قواعد النيتروجين من وجهة النظر الكيميائية؟

يعرف الكيميائيون العضويون القواعد النيتروجينية وجميع مشتقات البيورين والبيريميدين كمركبات عطرية غير متجانسة.

• المركب الحلقي غير المتجانسة عبارة عن حلقة عضوية (أو دورية) تحتوي ، في الحلقة المذكورة أعلاه ، على ذرة واحدة أو أكثر غير الكربون. في حالة البيورينات والبيريميدين ، فإن الذرات بخلاف الكربون هي ذرات النيتروجين.
• المركب العطري عبارة عن مركب حلقة عضوية له خصائص هيكلية ووظيفية مماثلة لخصائص البنزين.

بنية

الشكل: التركيب الكيميائي للبنزين.

يتكون التركيب الكيميائي للقواعد النيتروجينية المشتقة من بيريميدين بشكل أساسي من حلقة واحدة بها 6 ذرات ، 4 منها كربون و 2 منها نيتروجين.

في الواقع ، قاعدة نيتروجين بيريميدين عبارة عن بيريميدين مع واحد أو أكثر من البدائل (أي ذرة واحدة أو مجموعة ذرات) مرتبطة بإحدى ذرات الكربون في الحلقة.
من ناحية أخرى ، يتكون التركيب الكيميائي للقواعد النيتروجينية المشتقة من البيورين بشكل أساسي من حلقة مزدوجة بها 9 ذرات إجمالية ، 5 منها كربون و 4 نيتروجين. الحلقة المزدوجة المذكورة أعلاه مع مجموع 9 ذرات مستمدة من اندماج حلقة بيريديمين (أي حلقة بيريميدين) مع حلقة إيميدازول (أي حلقة إيميدازول ، مركب عضوي غير متجانس آخر).

الشكل: هيكل الإيميدازول.

كما هو معروف ، فإن حلقة بيريميدين تحتوي على 6 ذرات ؛ بينما تحتوي حلقة الإيميدازول على 5. مع الاندماج ، وضعت الحلقتان ذرتين كربون مشتركتين لكل منهما وهذا ما يفسر سبب احتواء الهيكل النهائي على 9 ذرات على وجه التحديد.

موضع ذرات النيتروجين في بورين وبيريميدين

لتبسيط دراسة ووصف الجزيئات العضوية ، فكر الكيميائيون العضويون في تخصيص رقم تعريف للكربون وجميع الذرات الأخرى للبنى الداعمة. يبدأ الترقيم دائمًا من 1 ، ويستند إلى معايير تعيين محددة للغاية (والتي من الأفضل تجاهلها هنا) ويعمل على تحديد موضع كل ذرة داخل الجزيء.
بالنسبة للبيريميدين ، تثبت معايير التخصيص العددية أن ذرتين من النيتروجين تحتلان الموضع 1 والموضع 3 ، بينما توجد ذرات الكربون الأربع في الموضع 2 و 4 و 5 و 6.
بالنسبة إلى البيورينات ، من ناحية أخرى ، تثبت معايير التخصيص العددية أن ذرات النيتروجين الأربع تشغل الموضع 1 و 3 و 7 و 9 ، بينما توجد ذرات الكربون الخمس في المواضع 2 و 4 و 5 و 6 و 8.

الموقف في النيوكليوتيدات

تنضم القاعدة النيتروجينية للنيوكليوتيد دائمًا إلى الكربون في الموضع 1 من البنتوز المقابل ، من خلال رابطة تساهمية N- جليكوسيد.
خاصه،

• ال القواعد النيتروجينية المشتقة من بيريميدين أنها تشكل الرابطة N-glycosidic ، من خلال النيتروجين في الموضع 1 ؛
• بينما ال القواعد النيتروجينية المشتقة من البيورين أنها تشكل الرابطة N-glycosidic ، من خلال النيتروجين في الموضع 9.

في التركيب الكيميائي للنيوكليوتيدات ، يمثل البنتوز العنصر المركزي الذي ترتبط به القاعدة النيتروجينية ومجموعة الفوسفات.
الرابطة الكيميائية التي تنضم إلى مجموعة الفوسفات إلى البنتوز هي من نوع الفوسفوديستر وتتضمن أكسجين من مجموعة الفوسفات والكربون في الموضع 5 من البنتوز.

متى تشكل قواعد النيتروجين نيوكليوزيد؟

يشكل مزيج القاعدة النيتروجينية والبنتوز جزيءًا عضويًا يأخذ اسم النيوكليوسيد.
ومن ثم ، فإن إضافة مجموعة الفوسفات هي التي تغير النيوكليوسيدات إلى نيوكليوتيدات.
علاوة على ذلك ، وفقًا لتعريف خاص للنيوكليوتيدات ، فإن هذه المركبات العضوية ستكون "نيوكليوسيدات تحتوي على مجموعة فوسفات واحدة أو أكثر مرتبطة بالكربون 5 من البنتوز المكون".

التنظيم في الحمض النووي

الحمض النووي ، أو الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين ، هو جزيء بيولوجي كبير يتكون من خيوط طويلة جدًا من النيوكليوتيدات (أو خيوط متعددة النوكليوتيدات).
تتمتع خيوط عديد النوكليوتيد هذه ببعض الخصائص التي تستحق الذكر بشكل خاص لأنها تؤثر أيضًا عن كثب على القواعد النيتروجينية:

• هم متحدون مع بعضهم البعض.
• هم موجهون في اتجاهين متعاكسين ("خيوط مضادة").
• يلتفون حول بعضهم البعض ، كما لو كانوا اثنين من اللوالب.
• تحتوي النيوكليوتيدات التي تشكلها على مثل هذا الترتيب ، بحيث يتم توجيه القواعد النيتروجينية نحو المحور المركزي لكل لولب ، بينما تشكل مجموعات البنتوز والفوسفات السقالات الخارجية لهذا الأخير.
  يتسبب الترتيب المفرد للنيوكليوتيدات في أن تنضم كل قاعدة نيتروجينية لأحد خيوط عديد النوكليوتيدات ، من خلال روابط هيدروجينية ، إلى قاعدة نيتروجينية موجودة على الخيوط الأخرى. وبالتالي ، فإن هذا الاتحاد يخلق تزاوجًا من القواعد ، يقرن بين علماء الأحياء وعلماء الوراثة يطلق عليه الاقتران أو الزوج الأساسي.
  Poc "لقد تم التأكيد بالفعل على أن الخيوط مترابطة معًا: لتحديد الاتحاد هي الروابط الموجودة بين القواعد النيتروجينية المختلفة لشعيرات عديد النوكليوتيد.

مفهوم التكامل بين قواعد النيتروجين

من خلال دراسة بنية الحمض النووي ، وجد الباحثون أن الاقتران بين القواعد النيتروجينية محدد للغاية ، في الواقع ، لاحظوا أن الأدينين يرتبط فقط بالثيمين ، بينما السيتوزين يرتبط فقط بالجوانين.
في ضوء هذا الاكتشاف ، صاغوا مصطلح "التكامل بين القواعد النيتروجينية" ، للإشارة إلى الرابطة أحادية البؤرة بين الأدينين مع الثايمين والسيتوزين مع الجوانين.
يمثل تحديد الاقتران التكميلي بين القواعد النيتروجينية حجر الزاوية ، لشرح الأبعاد الفيزيائية للحمض النووي والثبات الخاص الذي تتمتع به خيوط عديد النوكليوتيد.

قدم عالم الأحياء الأمريكي جيمس واتسون وعالم الأحياء الإنجليزي فرانسيس كريك ، في عام 1953 ، مساهمة حاسمة في اكتشاف بنية الحمض النووي (من "اللف الحلزوني لخصلي البولي نيوكليوتيد" إلى الاقتران بين القواعد النيتروجينية التكميلية).
مع صياغة ما يسمى "نموذج الحلزون المزدوج" ، كان لدى واتسون وكريك "حدس لا يصدق ، يمثل نقطة تحول تاريخية في مجال البيولوجيا الجزيئية وعلم الوراثة.
في الواقع ، أتاح اكتشاف التركيب الدقيق للحمض النووي دراسة وفهم العمليات البيولوجية التي تنطوي على حمض الديوكسي ريبونوكلييك: من كيفية تكاثر الحمض النووي الريبي أو تكوينه إلى كيفية توليد البروتينات.

السندات التي تربط أزواج قواعد النيتروجين معًا

لتوحيد قاعدتين نيتروجين في جزيء DNA ، وتشكيل أزواج مكملة ، هي سلسلة من الروابط الكيميائية ، والمعروفة باسم روابط الهيدروجين.
يتفاعل الأدينين والثايمين مع بعضهما البعض عن طريق رابطتين هيدروجينيتين ، بينما الجوانين والسيتوزين عن طريق ثلاث روابط هيدروجينية.
كم عدد أزواج قواعد النيتروجين التي تحتويها جزيء الحمض النووي البشري؟
يحتوي جزيء الحمض النووي البشري العام على حوالي 3.3 مليار زوج قاعدة نيتروجينية ، أي حوالي 3.3 مليار نيوكليوتيد لكل خيط.

الشكل: التفاعل الكيميائي بين الأدينين والثايمين وبين الجوانين والسيتوزين. يمكن للقارئ أن يلاحظ موضع وعدد الروابط الهيدروجينية التي تربط القواعد النيتروجينية لفرقتين من عديد النوكليوتيدات.

التنظيم في الجيش الملكي النيبالي

على عكس الحمض النووي ، فإن الحمض النووي الريبي ، أو الحمض النووي الريبي ، هو حمض نووي يتكون عادة من خيط واحد من النيوكليوتيدات.
لذلك ، فإن القواعد النيتروجينية التي تتكون منها "غير متزاوجة".
ومع ذلك ، يجب الإشارة إلى أن عدم وجود خيط قاعدة نيتروجينية تكميلية لا يستبعد احتمال أن تتزاوج القواعد النيتروجينية للحمض النووي الريبي مثل تلك الموجودة في الحمض النووي.
بعبارة أخرى ، يمكن أن تتزاوج القواعد النيتروجينية لشريط واحد من الحمض النووي الريبي ، وفقًا لقوانين التكامل بين القواعد النيتروجينية ، تمامًا مثل القواعد النيتروجينية للحمض النووي.
يعتبر الاقتران التكميلي بين القواعد النيتروجينية لجزيئين متميزين من الحمض النووي الريبي أساس العملية المهمة لتخليق البروتين (أو تخليق البروتين).

المسرة تحل محل تيمينا

في "RNA" ، يحل اليوراسيل محل ثايمين الحمض النووي ليس فقط في البنية ، ولكن أيضًا في الاقتران التكميلي: في الواقع ، القاعدة النيتروجينية هي التي ترتبط بالأدينين على وجه التحديد ، عندما يظهر جزيئين متميزين من الحمض النووي الريبي وظيفيًا أسباب.

الدور البيولوجي

يعتمد التعبير عن الجينات على تسلسل القواعد النيتروجينية المرتبطة بالنيوكليوتيدات DNA. الجينات عبارة عن أجزاء طويلة إلى حد ما من الحمض النووي (وبالتالي أجزاء من النيوكليوتيدات) ، والتي تحتوي على المعلومات التي لا غنى عنها لتخليق البروتينات. تتكون من الأحماض الأمينية ، البروتينات هي جزيئات كبيرة بيولوجية تلعب دورًا أساسيًا في تنظيم الآليات الخلوية للكائن الحي.
يحدد تسلسل القاعدة النيتروجينية لجين معين تسلسل الأحماض الأمينية للبروتين ذي الصلة.