질소 염기 : 분류 및 기능 - 생물학 - 2025

질소 염기는 질소 heterocyclically 풍부한 유기 화합물이다. 이들은 핵산과 뉴 클레오 사이드, 디 뉴클레오타이드 및 세포 내 메신저와 같은 생물학적 관심의 다른 분자의 빌딩 블록의 일부입니다. 즉, 질소 염기는 핵산 (RNA 및 DNA)과 언급 된 다른 분자를 구성하는 단위의 일부입니다.

질소 염기에는 두 가지 주요 그룹이 있습니다 : 퓨린 또는 퓨린 염기와 피리 미딘 또는 피리 미딘 염기. 아데닌과 구아닌은 첫 번째 그룹에 속하고 티민, 시토신 및 우라실은 피리 미딘 염기입니다. 이러한 염기는 일반적으로 첫 글자 A, G, T, C 및 U로 표시됩니다.

DNA와 RNA의 다른 질소 염기.
출처 : 사용자 : Sponktranslation : 사용자 : Jcfidy

DNA의 빌딩 블록은 A, G, T 및 C입니다.이 염기 순서에서는 살아있는 유기체의 구성 및 발달에 필요한 모든 정보가 암호화됩니다. RNA에서 구성 요소는 동일하고 T 만 U로 대체됩니다.

구조 및 분류

질소 염기는 일반적으로 퓨린 또는 피리 미딘에서 파생되는 방향족 및 헤테로 사이 클릭 유형의 편평한 분자입니다.

피리 미딘 고리

피리 미딘의 화학 구조.

피리 미딘 고리는 2 개의 질소 원자를 갖는 6 원 헤테로시 클릭 방향족 고리이다. 원자는 시계 방향으로 번호가 매겨집니다.

퓨린 링

퓨린의 화학 구조.

퓨린 고리는 두 개의 고리 시스템으로 구성됩니다. 하나는 구조적으로 피리 미딘 고리와 유사하고 다른 하나는 이미 다졸 고리와 유사합니다. 이 9 개의 원자는 단일 고리로 융합됩니다.

피리 미딘 고리는 편평한 시스템이지만 퓨린은이 패턴과 다소 차이가 있습니다. 이미 다졸 고리와 피리 미딘 고리 사이에 약간의 주름이나 주름이보고되었습니다.

질소 염기의 특성

향기

유기 화학에서 방향족 고리는 이중 결합의 전자가 고리 구조 내에서 자유 순환하는 분자로 정의됩니다. 고리 내의 전자의 이동성은 분자에 안정성을 제공합니다.-우리가 같은 분자와 비교하면-그러나 전자는 이중 결합에 고정되어 있습니다.

이 고리 시스템의 방향족 특성은 케토-에놀 호 변이성이라는 현상을 경험할 수있는 능력을 부여합니다.

즉, 퓨린과 피리 미딘은 호변 이성질체 쌍으로 존재합니다. 케토 호변 이성질체는 염기 우라실, 티민 및 구아닌에 대해 중성 pH에서 우세합니다. 대조적으로, enol 형태는 중성 pH에서 시토신에 대해 우세합니다. 이 측면은 염기 사이의 수소 결합 형성에 필수적입니다.

자외선 흡수

퓨린과 피리 미딘의 또 다른 특성은 자외선 (UV)을 강하게 흡수하는 능력입니다. 이 흡수 패턴은 헤테로 고리 고리의 방향성의 직접적인 결과입니다.

흡수 스펙트럼은 최대 260nm에 가깝습니다. 연구원들은이 표준을 사용하여 샘플의 DNA 양을 정량화합니다.

수용성

질소 염기의 강한 방향족 특성 덕분에 이러한 분자는 물에 거의 녹지 않습니다.

생물학적 관심의 질소 염기

많은 수의 질소 염기가 있지만 우리는 살아있는 유기체의 세포 환경에서 자연적으로 몇 개만 발견합니다.

가장 흔한 피리 미딘은 시토신, 우라실 및 티민 (5- 메틸 우라실)입니다. 사이토 신과 티민은 DNA 이중 나선에서 일반적으로 발견되는 피리 미딘이며, 사이토 신과 우라실은 RNA에서 일반적입니다. 우라실과 티민의 유일한 차이점은 탄소 5의 메틸기입니다.

마찬가지로, 가장 일반적인 퓨린은 아데닌 (6- 아미노 퓨린)과 구아닌 (2- 아미노 -6- 옥시 퓨린)입니다. 이 화합물은 DNA와 RNA 분자 모두에 풍부합니다.

우리가 세포에서 자연적으로 발견하는 퓨린의 다른 유도체, 그 중에서 크 산틴, 하이포크 산틴 및 요산이 있습니다. 처음 두 개는 핵산에서 찾을 수 있지만 매우 드물고 특정한 방식으로 발견됩니다. 대조적으로, 요산은 이러한 생체 분자의 구조적 구성 요소로 발견되지 않습니다.

그들은 어떻게 짝을 이룹니 까?

DNA의 구조는 Watson과 Crick 연구원에 의해 밝혀졌습니다. 그들의 연구 덕분에 DNA가 이중 나선이라는 결론을 내릴 수있었습니다. 이것은 포스 포디 에스테르 결합에 의해 연결된 긴 사슬의 뉴클레오티드로 구성되며, 여기서 포스페이트 그룹은 당 잔기의 하이드 록실 그룹 (-OH) 사이에 다리를 형성합니다.

방금 설명한 구조는 각각의 난간과 함께 사다리와 유사합니다. 질소 염기는 수소 결합을 통해 이중 나선으로 그룹화 된 계단과 유사합니다.

수소 다리에서 두 개의 전기 음성 원자는 염기 사이에서 양성자를 공유합니다. 수소 결합의 형성을 위해서는 약간의 양전하를 가진 수소 원자와 작은 음전하를 가진 수용체의 참여가 필요합니다.

다리는 H와 O 사이에 형성됩니다. 이러한 결합은 약하고, DNA가 쉽게 열리면 복제가 가능해야합니다.

Chargaff 규칙

염기쌍은 Chargaff의 법칙으로 알려진 다음 퓨린-피리 미딘 쌍 패턴을 따라 수소 결합을 형성합니다. 구아닌은 시토신과 쌍을, 아데닌은 티민과 쌍을 이룹니다.

GC 쌍은 서로 세 개의 수소 캐니스터를 형성하는 반면 AT 쌍은 두 개의 브리지로만 연결됩니다. 따라서 GC 함량이 높은 DNA가 더 안정적 일 것이라고 예측할 수 있습니다.

각 체인 (또는 우리의 비유에서 난간)은 반대 방향으로 실행됩니다 : 하나는 5 ′ → 3 ′이고 다른 하나는 3 ′ → 5 ′입니다.

풍모

핵산의 구성 요소

유기체는 핵산이라고 불리는 일종의 생체 분자를 제시합니다. 이들은 포스 포디 에스테르 결합이라고하는 특수한 유형의 결합으로 결합 된 뉴클레오티드 인 반복되는 단량체로 구성된 매우 큰 중합체입니다. 그들은 DNA와 RNA의 두 가지 기본 유형으로 분류됩니다.

각 뉴클레오타이드는 인산기, 당 (DNA에서는 데 옥시 리보스 유형, RNA에서는 리보스) 및 5 가지 질소 염기 중 하나 인 A, T, G, C 및 U로 구성됩니다. 인산염 기가 존재하지 않는 경우 , 분자는 뉴 클레오 사이드라고 불립니다.

DNA에서

DNA는 생명체의 유전 물질입니다 (주로 RNA를 사용하는 일부 바이러스는 제외). 4 염기 코드를 사용하여 DNA는 유기체에 존재하는 모든 단백질과 그 발현을 조절하는 요소에 대한 서열을 가지고 있습니다.

유기체가 정보를 암호화하는 데 사용하기 때문에 DNA의 구조는 안정적이어야합니다. 그러나 돌연변이라고 불리는 변화하기 쉬운 분자입니다. 유전 물질의 이러한 변화는 진화 적 변화의 기본 물질입니다.

RNA에서

DNA와 마찬가지로 RNA는 염기 T가 U로 대체되는 것을 제외하고는 뉴클레오티드 중합체입니다.이 분자는 단일 밴드 형태이며 광범위한 생물학적 기능을 수행합니다.

세포에는 세 가지 주요 RNA가 있습니다. 메신저 RNA는 DNA와 단백질 형성 사이의 매개체입니다. 그것은 DNA의 정보를 복사하여 단백질 번역 기계로 가져가는 일을 담당합니다. 두 번째 유형 인 리보솜 RNA는이 복잡한 기계의 구조적 부분입니다.

세 번째 유형 또는 전달 RNA는 단백질 합성에 적합한 아미노산 잔기를 운반하는 역할을합니다.

3 개의 "전통적인"RNA 외에도 DNA에 암호화 된 모든 유전자가 세포에서 지속적으로 동일한 크기로 발현 될 수 없기 때문에 유전자 발현 조절에 참여하는 일련의 작은 RNA가 있습니다.

유기체는 유전자를 조절하는 경로, 즉 발현 여부를 결정하는 경로가 있어야합니다. 마찬가지로 유전 물질은 스페인어 단어 사전으로 만 구성되며 규제 메커니즘은 문학 작품의 형성을 허용합니다.

뉴 클레오 시드 삼인산의 빌딩 블록

질소 염기는 DNA 및 RNA와 같이 생물학적으로 관심이있는 분자 인 뉴 클레오 시드 삼인산의 일부입니다. 염기 이외에도 5 탄당과 고 에너지 결합을 통해 서로 연결된 3 개의 인산염 그룹으로 구성됩니다.

이러한 결합 덕분에 뉴 클레오 시드 삼인산은 에너지가 풍부한 분자이며 에너지 방출을 추구하는 대사 경로의 주요 산물입니다. 가장 많이 사용되는 것은 ATP입니다.

ATP 또는 아데노신 삼인산은 5 탄당 유형의 설탕 인 리보스의 위치 1에 위치한 탄소에 연결된 질소 염기 아데닌으로 구성됩니다. 이 탄수화물의 5 번 위치에는 3 개의 인산기가 모두 연결되어 있습니다.

일반적으로 ATP는 빠르게 사용되고 재생 될 수 있기 때문에 셀의 에너지 통화입니다. 유기물 사이의 많은 일반적인 대사 경로는 ATP를 사용하고 생성합니다.

그 "힘"은 인산염 그룹에 의해 형성된 고 에너지 결합을 기반으로합니다. 이 그룹의 음전하는 지속적으로 반발합니다. 공명 안정화 및 용 매화를 포함하여 ATP에서 가수 분해를 유발하는 다른 원인이 있습니다.

Autacoid

대부분의 뉴 클레오 사이드에는 상당한 생물학적 활성이 없지만 아데노신은 포유류에서 현저한 예외입니다. 이것은 "국소 호르몬"과 유사한 오타 코 이드 및 신경 조절 제로 작동합니다.

이 뉴 클레오 사이드는 혈류에서 자유롭게 순환하고 국소 적으로 작용하여 혈관 확장, 평활근 수축, 신경 분비물, 신경 전달 물질 방출 및 지방 대사에 다양한 영향을 미칩니다. 심박수 조절과도 관련이 있습니다.

이 분자는 수면 패턴 조절에도 관여합니다. 아데노신 농도는 증가하고 피로를 촉진합니다. 이것이 카페인이 우리가 깨어있는 데 도움이되는 이유입니다. 그것은 세포 외 아데노신과의 신경 상호 작용을 차단합니다.

규제 요소의 구조적 블록

세포의 상당수의 일반적인 대사 경로에는 ATP, ADP 및 AMP 수준에 기반한 조절 메커니즘이 있습니다. 이 마지막 두 분자는 ATP와 동일한 구조를 갖지만 각각 1 개와 2 개의 인산기를 잃었습니다.

이전 섹션에서 언급했듯이 ATP는 불안정한 분자입니다. 세포는 ATP를 신속하게 사용해야하므로 필요할 때만 ATP를 생성해야합니다. ATP 자체는 대사 경로를 조절하는 요소이기도합니다. 그 존재는 더 많은 ATP를 생산해서는 안된다는 것을 세포에 나타 내기 때문입니다.

대조적으로, 그것의 가수 분해 유도체 (AMP)는 ATP가 고갈되고 더 많이 생산되어야한다고 세포에 경고합니다. 따라서 AMP는 해당 과정과 같은 에너지 생산을위한 대사 경로를 활성화합니다.

유사하게, 호르몬 유형의 많은 신호 (예 : 글리코겐 대사에 관여하는 신호)는 cAMP 분자 (c는 고리 형) 또는 유사한 변이체에 의해 세포 내에서 매개되지만 구조는 구아닌 인 cGMP입니다.

코엔자임의 구성 요소

대사 경로의 여러 단계에서 효소는 단독으로 작용할 수 없습니다. 기능을 수행하려면 추가 분자가 필요합니다. 이러한 요소를 코엔자임 또는 보조 기질이라고하며, 코엔자임은 촉매 활성이 아니기 때문에 후자의 용어가 더 적합합니다.

이러한 촉매 반응에서 전자 또는 원자 그룹을 다른 기질로 전달할 필요가 있습니다. 이 현상에 참여하는 보조 분자는 코엔자임입니다.

질소 염기는 이러한 보조 인자의 구조적 요소입니다. 가장 잘 알려진 것은 피리 미딘 뉴클레오티드 (NAD ⁺ , NADP ⁺ ), FMN, FAD 및 코엔자임 A입니다. 이들은 해당 과정, 크렙스 회로, 광합성 등과 같은 매우 중요한 대사 경로에 참여합니다.

예를 들어, 피리 미딘 뉴클레오타이드는 탈수소 효소 활성을 갖는 효소의 매우 중요한 조효소이며 수 소화물 이온의 수송을 담당합니다.

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