تويت
ما هي القواعد النيتروجينية ؛ الأدينين و الثايمين و الغوانين و السايتوسين ؟ القاعدة النيتروجينية هي جزيء عضوي يحتوي على عنصر النيتروجين ، ويعمل كقاعدة في التفاعلات الكيميائية. يأتي السلوك القاعدي من زوج الإلكترونات الوحيد في ذرة النيتروجين. يُطلَق على القواعد النيتروجينية أيضًا اسم القواعد النووية؛ وذلك لأنها تلعب دورًا أساسيًا في تشكيل الوحدات البنائية للأحماض النووية (الحمض النووي الريبوزي منقوص الأوكسجين DNA والحمض النووي الريبوزي RNA).
هناك فئتان رئيسيتان للقواعد النيتروجينية: البيورينات- purine والبيريميدينات-pyrimidines. كلاهما يمثل جزيء البيريدين وكلاهما لا قطبي، ومستوٍ. مثل البيريدين، كل بيريميدين جزيء عضوي واحد متغاير الحلقة (يتشكل من عدة ذرات متحدة على شكل حلقة).
تتشكل البيورينات من حلقة بيريميدين مندمجة مع حلقة إيميدازول-imidazole، لتشكلا بناءً ثنائي الحلقات. رغم وجود قواعد نيتروجينية كثيرة، فإن القواعد الخمس الأهم هي القواعد الموجودة في الـ DNA والـ RNA. وتعمل كحاملات للطاقة في التفاعلات الكيميائية الحيوية وهذه القواعد هي (الأدينين -(adenine، و(الغوانين – (guanine، و(السايتوسين – (cytosine، و(الثايمين – (thymine، و(اليوراسيل – (uracil. كل قاعدة لها ما يُسمى قاعدة مكملة ترتبط بها تحديدًا لتشكل حمضي الـ DNA والـ RNA. تُشكل هذه القواعد المكملة قواعد الشيفرة الجينية.
لنأخذ نظرة أقرب على كل من هذه القواعد النيتروجينية:
الأدينين:
القاعدة النيتروجينية أدنين، MOLEKUUL/SCIENCE PHOTO LIBRARY / Getty Images
يُعتبر كل من الأدينين والغوانين بيورينات. يُرمز للأدينين عادة بالحرف A، والقاعدة المكملة له في الـ DNA هي الثايمين. والصيغة الكيميائية للأدينين هي C5H5N5. ويُشكل روابط مع اليوراسيل في الـ RNA. يرتبط الأدينين والقواعد الأخرى إمّا بمجموعات الفوسفات وإما بـ (سكر الرايبوز – (sugar ribose أو (الرايبوز منزوع الأكسجين – (2′-deoxyribose لتُشكل النيوكليوتيدات. تشابه أسماء النيوكليوتيد أسماء القواعد مع إضافة مقطع “أوسين” في النهاية بالنسبة للبيورينات (مثال: الأدينين يشكل الأدينوسين ثلاثي الفوسفات)، وإضافة مقطع “ايدين” بالنسبة للبيريميدينات (مثال: السايتوسين يشكل السايتيدين ثلاثي الفوسفات).
ما يحدد اسم النيوكليوتيد هو عدد مجموعات الفوسفات المرتبطة بالجزيء: أحادي الفوسفات، ثنائي الفوسفات، وثلاثي الفوسفات. تعمل النيوكليوتيدات كوحدات بنائية للـ DNA والـ RNA. تتشكل الروابط الهيدروجينية بين البيورين والبيريميدين المكمل لينشأ الشكل اللولبي المزدوج للـ DNA، أو تعمل كمحفزات في التفاعلات.
الغوانين
القاعدة النيتروجينية جوانين، MOLEKUUL/SCIENCE PHOTO LIBRARY / Getty Images
الغوانين هو بيورين يرمز له بالحرف G، صيغته الكيميائية هيC5H5N5O ، يرتبط مع السايتوسين في كل من الـ DNA والـ RNA. النيوكليوتيد الذي يتشكل من الغوانين هو الغوانوسين.
في النظام الغذائي، تتوفّر البيورينات بكثرة في منتجات اللحوم، تحديدًا في الأعضاء الداخلية كالكبد والمخ والكليتين. توجد كميات أقل من البيورينات في النباتات كالبازلاء والفول والعدس.
الثايمين
القاعدة النيتروجينية الثايمين، MOLEKUUL/SCIENCE PHOTO LIBRARY / Getty Images
يُعرف الثايمين أيضًا بـ 5-methyluracil، ويُرمز له بالحرف T، وصيغته الكيميائية هي C5H6N2O2، ويرتبط بالغوانين في حمض الـ DNA. والنيوكليوتيد المقابل له هو الثايميدين.
السايتوسين
القاعدة النيتروجينية السيتوزين، LAGUNA DESIGN / Getty Images
يُرمز للسايتوسين بالحرف C، يرتبط مع الغوانين في الـ DNA والـ RNA، تتشكل ثلاث روابط هيدروجينية بين السايتوسين والغوانين في نموذج واطسون – كريك لتُشكل الـ DNA، الصيغة الكيميائية له هي C4H4N2O2. النيوكليوتيد المتشكل من السايتوسين هو السيتيدن.
اليوراسيل
القاعدة النيتروجينية اليوراسيل، MOLEKUUL/SCIENCE PHOTO LIBRARY / Getty Images
من الممكن اعتبار اليوراسيل ثايمينًا منزوع الميثيل. يُرمز له بالحرف U، صيغته الكيميائية C4H4N2O2. يرتبط مع الأدينين في الـ RNA. يُشكِّل اليوراسيل النيوكليوتيد يوريدين.
هناك الكثير من القواعد النيتروجينية الأخرى الموجودة في الطبيعة، بالإضافة إلى الجزيئات التي توجد ضمن مركبات أخرى. على سبيل المثال، توجد حلقات البيريميدين في الثيامين (فيتامين ب1)، وفي الباربتيورات، وتوجد أيضًا في النيوكليوتيدات.
توجد البيريميدينات أيضًا في بعض النيازك، رغم أن أصلها غير معروف للآن. توجد بيورينات أخرى في الطبيعة وتتضمن (الزانثين – (xanthine، و(الثيوبرومين – (theobromine، والكافيين.
مراجعة قواعد الاقتران
يكون اقتران القواعد في الــ DNA كالآتي:
A-T
G-C
في الـ RNA:
يأخذ اليوراسيل مكان الثايمين، فيكون الاقتران A-U
G-C
توجد القواعد النيتروجينية في الشكل اللولبي المزدوج من الداخل للـ DNA مع السكر وأجزاء الفوسفات لكل نيوكليوتيد, مشكلين الجزء الأهم للجزيء. عندما ينفصل الـ DNA كما يحدث عند نسخ الـ DNA، ترتبط القواعد المكملة مع ما يقابلها لتنتج عن ذلك نسخة طبق الأصل.
عندما يعمل الـ RNA كقالب لصنع الـ DNA للترجمة، تُستخدم القواعد المكملة لصنع جزيء الـ DNA باستخدام ترتيب القواعد الأساسي. تتطلب الخلايا تقريبًا كميات متساوية من البيورينات والبيريميدينات لأنها تُكمل بعضها البعض؛ بهدف الحفاظ على التوازن في الخلية. يُثبّط إنتاج كل من البيورينات والبيريميدينات ذاتيًا عندما يُنتج أحدهما؛ لانتظار تفعيل إنتاج نظيره.
المصدر:ibelieveinsci
هناك فئتان رئيسيتان للقواعد النيتروجينية: البيورينات- purine والبيريميدينات-pyrimidines. كلاهما يمثل جزيء البيريدين وكلاهما لا قطبي، ومستوٍ. مثل البيريدين، كل بيريميدين جزيء عضوي واحد متغاير الحلقة (يتشكل من عدة ذرات متحدة على شكل حلقة).
تتشكل البيورينات من حلقة بيريميدين مندمجة مع حلقة إيميدازول-imidazole، لتشكلا بناءً ثنائي الحلقات. رغم وجود قواعد نيتروجينية كثيرة، فإن القواعد الخمس الأهم هي القواعد الموجودة في الـ DNA والـ RNA. وتعمل كحاملات للطاقة في التفاعلات الكيميائية الحيوية وهذه القواعد هي (الأدينين -(adenine، و(الغوانين – (guanine، و(السايتوسين – (cytosine، و(الثايمين – (thymine، و(اليوراسيل – (uracil. كل قاعدة لها ما يُسمى قاعدة مكملة ترتبط بها تحديدًا لتشكل حمضي الـ DNA والـ RNA. تُشكل هذه القواعد المكملة قواعد الشيفرة الجينية.
لنأخذ نظرة أقرب على كل من هذه القواعد النيتروجينية:
الأدينين:
القاعدة النيتروجينية أدنين، MOLEKUUL/SCIENCE PHOTO LIBRARY / Getty Imagesيُعتبر كل من الأدينين والغوانين بيورينات. يُرمز للأدينين عادة بالحرف A، والقاعدة المكملة له في الـ DNA هي الثايمين. والصيغة الكيميائية للأدينين هي C5H5N5. ويُشكل روابط مع اليوراسيل في الـ RNA. يرتبط الأدينين والقواعد الأخرى إمّا بمجموعات الفوسفات وإما بـ (سكر الرايبوز – (sugar ribose أو (الرايبوز منزوع الأكسجين – (2′-deoxyribose لتُشكل النيوكليوتيدات. تشابه أسماء النيوكليوتيد أسماء القواعد مع إضافة مقطع “أوسين” في النهاية بالنسبة للبيورينات (مثال: الأدينين يشكل الأدينوسين ثلاثي الفوسفات)، وإضافة مقطع “ايدين” بالنسبة للبيريميدينات (مثال: السايتوسين يشكل السايتيدين ثلاثي الفوسفات).
ما يحدد اسم النيوكليوتيد هو عدد مجموعات الفوسفات المرتبطة بالجزيء: أحادي الفوسفات، ثنائي الفوسفات، وثلاثي الفوسفات. تعمل النيوكليوتيدات كوحدات بنائية للـ DNA والـ RNA. تتشكل الروابط الهيدروجينية بين البيورين والبيريميدين المكمل لينشأ الشكل اللولبي المزدوج للـ DNA، أو تعمل كمحفزات في التفاعلات.
الغوانين
القاعدة النيتروجينية جوانين، MOLEKUUL/SCIENCE PHOTO LIBRARY / Getty Imagesالغوانين هو بيورين يرمز له بالحرف G، صيغته الكيميائية هيC5H5N5O ، يرتبط مع السايتوسين في كل من الـ DNA والـ RNA. النيوكليوتيد الذي يتشكل من الغوانين هو الغوانوسين.
في النظام الغذائي، تتوفّر البيورينات بكثرة في منتجات اللحوم، تحديدًا في الأعضاء الداخلية كالكبد والمخ والكليتين. توجد كميات أقل من البيورينات في النباتات كالبازلاء والفول والعدس.
الثايمين
القاعدة النيتروجينية الثايمين، MOLEKUUL/SCIENCE PHOTO LIBRARY / Getty Imagesيُعرف الثايمين أيضًا بـ 5-methyluracil، ويُرمز له بالحرف T، وصيغته الكيميائية هي C5H6N2O2، ويرتبط بالغوانين في حمض الـ DNA. والنيوكليوتيد المقابل له هو الثايميدين.
السايتوسين
القاعدة النيتروجينية السيتوزين، LAGUNA DESIGN / Getty Images
يُرمز للسايتوسين بالحرف C، يرتبط مع الغوانين في الـ DNA والـ RNA، تتشكل ثلاث روابط هيدروجينية بين السايتوسين والغوانين في نموذج واطسون – كريك لتُشكل الـ DNA، الصيغة الكيميائية له هي C4H4N2O2. النيوكليوتيد المتشكل من السايتوسين هو السيتيدن.
اليوراسيل
القاعدة النيتروجينية اليوراسيل، MOLEKUUL/SCIENCE PHOTO LIBRARY / Getty Images
من الممكن اعتبار اليوراسيل ثايمينًا منزوع الميثيل. يُرمز له بالحرف U، صيغته الكيميائية C4H4N2O2. يرتبط مع الأدينين في الـ RNA. يُشكِّل اليوراسيل النيوكليوتيد يوريدين.
هناك الكثير من القواعد النيتروجينية الأخرى الموجودة في الطبيعة، بالإضافة إلى الجزيئات التي توجد ضمن مركبات أخرى. على سبيل المثال، توجد حلقات البيريميدين في الثيامين (فيتامين ب1)، وفي الباربتيورات، وتوجد أيضًا في النيوكليوتيدات.
توجد البيريميدينات أيضًا في بعض النيازك، رغم أن أصلها غير معروف للآن. توجد بيورينات أخرى في الطبيعة وتتضمن (الزانثين – (xanthine، و(الثيوبرومين – (theobromine، والكافيين.
مراجعة قواعد الاقتران
يكون اقتران القواعد في الــ DNA كالآتي:
A-T
G-C
في الـ RNA:
يأخذ اليوراسيل مكان الثايمين، فيكون الاقتران A-U
G-C
توجد القواعد النيتروجينية في الشكل اللولبي المزدوج من الداخل للـ DNA مع السكر وأجزاء الفوسفات لكل نيوكليوتيد, مشكلين الجزء الأهم للجزيء. عندما ينفصل الـ DNA كما يحدث عند نسخ الـ DNA، ترتبط القواعد المكملة مع ما يقابلها لتنتج عن ذلك نسخة طبق الأصل.
عندما يعمل الـ RNA كقالب لصنع الـ DNA للترجمة، تُستخدم القواعد المكملة لصنع جزيء الـ DNA باستخدام ترتيب القواعد الأساسي. تتطلب الخلايا تقريبًا كميات متساوية من البيورينات والبيريميدينات لأنها تُكمل بعضها البعض؛ بهدف الحفاظ على التوازن في الخلية. يُثبّط إنتاج كل من البيورينات والبيريميدينات ذاتيًا عندما يُنتج أحدهما؛ لانتظار تفعيل إنتاج نظيره.
المصدر:ibelieveinsci