Ազոտային հիմքեր

Ազոտային հիմքեր (անգլ.՝ Nucleobase), ազոտ պարունակող օրգանական միացություններ, որոնք ածխաջրի հետ կապված վիճակում հանդիպում են նուկլեոզիդներում, որոնք էլ հանդիսանում են ռիբոնուկլեինաթթվի (ՌՆԹ) և դեզօքսիռիբոնուկլեինաթթվի (ԴՆԹ) մոլեկուլների մոնոմերները։

Գենետիկայում այս միացություններին պարզապես անվանում են հիմքեր՝ շնորհիվ զույգեր առաջացնելու և իրար վրա դասավորվելու իրենց հատկությունների։ Հենց այդ հատկությունների հետևանքով ԴՆԹ-ն ձեռք է բերում կրկնակի պարույրի տեսք։

Հիմք բառի առկայությունը անվանման մեջ ունի պատմական նշանակություն, քանի որ այս միացությունների քիմիական հատկությունների մեջ են մտնում նաև թթվահիմնային ռեակցիաները, որոնք հայտնաբերվել են in vitro պայմաններում փորձեր կատարելու ժամանակ։

Դասակարգում

Հիմնական ազոտային հիմքերն են ցիտոզինը (ԴՆԹ և ՌՆԹ), գուանինը (ԴՆԹ և ՌՆԹ), ադենինը (ԴՆԹ և ՌՆԹ), թիմինը (ԴՆԹ) և ուրացիլը (ՌՆԹ) կամ կրճատ՝ C, G, A, T և U։ Քանի որ A, G, C և T հիմքերը հանդիպում են ԴՆԹ-ում, նրանք կոչվում են ԴՆԹ-հիմքեր։ Համանուն կերպով A, G, C և U հիմքերը կոչվում են ՌՆԹ-հիմքեր։ Ուրացիլն ու թիմինը գրեթե իդենտիկ մոլեկուլներ են, սակայն ուրացիլի մոտ բացակայում է 5' մեթիլային խումբը։ Ադենինը և գուանինը պատկանում են բիցիկլիկ միացությունների դասին, որոնք կոչվում են պուրիններ (կրճատ՝ R)։ Ցիտոզինը, թիմինը և ուրացիլը պիրիմիդիններ են (կրճատ՝ Y)։

ԴՆԹ-ի մոլեկուլում տեղի է ունենում երկու հանդիպակաց ազոտային հիմքերի միջև կապի առաջացում, ընդ որում A-ն կապվում է T-ի հետ, իսկ C-ն՝ G-ի հետ։ Պուրինները կապվում են պիրիմիդինների հետ միայն տարածական պատճառներից ելնելով. միայն այսպիսի համակցությունն է բերում ԴՆԹ-ի կրկնակի պարույրի առաջացմանը։ A-T և C-G զույգերի առաջացումը պարտադիր է, որպեսզի կոմպլեմենտար հիմքերի ամինային և կարբոնիլային խմբերի միջև առաջանան ջրածնային կապեր։

Ազոտային հիմք	Հապավում	Տեղակայում
Ադենին	A	ԴՆԹ, ՌՆԹ
Գուանին	G	ԴՆԹ, ՌՆԹ
Ցիտոզին	C	ԴՆԹ, ՌՆԹ
Թիմին	T	ԴՆԹ
Ուրացիլ	U	ՌՆԹ
Հիպոքսանտին	HX	ԴՆԹ, ՌՆԹ
Քսանտին	X	ԴՆԹ, ՌՆԹ

Այն միացությունը, որն առաջանում է, երբ ազոտային հիմքը գլիկոզիդային կապով կապվում է ռիբոզի կամ դեզօքսիռիբոզի 1' անոմերային ածխածնի ատոմի հետ, կոչվում է նուկլեոզիդ, իսկ այն նուկլեոզիդը, որի 5' ածխածնի ատոմին միացված են մեկ կամ մի քանի ֆոսֆատային խմբեր, կոչվում է նուկլեոտիդ։

Բացի ադենինից (A), ցիտոզինից (C), գուանինից (G), թիմինից (T) և ուրացիլից (U) ԴՆԹ-ն և ՌՆԹ-ն պարունակում են նաև այնպիսի ազոտային հիմքեր, որոնք առաջացել են նուկլեինաթթվի վերջնական մոլեկուլի ձևափոխման պատճառով։ ԴՆԹ-ում ամենահաճախ հանդիպող ձևափոխված ազոտային հիմքը 5-մեթիլցիտոզինն (m⁵C) է։ ՌՆԹ-ում հանդիպում են մի շարք այլ ազոտային հիմքեր, ինչպիսիք են պսևդոուրիդինը (Ψ), դիհիդրոուրիդինը (D), ինոզինը (I) և 7-մեթիլգուանոզինը (m⁷G)^[1]^[2]։

Հիպոքսանտինը և քսանտինը այն ազոտային հիմքերից են, որոնք առաջանում են մուտագեն գործոնների առկայության դեպքում։ Երկուսն էլ ստացվել են դեամինացման ռեակցիաներով (ամինո խմբի վերածում կարբոնիլային խմբի)։ Հիպոքսանտինը ստացվում է ադենինից, իսկ քսանտինը՝ գուանինից^[3]։ Նույն կերպով ցիտոզինի դեամինացումից առաջանում է ուրացիլ։

2011 թվականի օգոստոսին ՆԱՍԱ-ն հայտարարեց, որ Երկրի վրա հայտնաբերված երկնաքարերում պարունակվում են ազոտային հիմքեր, ինչպիսիք են ադենինը, գուանինը, քսանտինը, հիպոքսանտինը, պուրինը, 2,6-դիամինոպուրինը և 6,8-դիամինոպուրինը։ Ավելի ուշ հայտարարվեց, որ կա հնարավորություն, որ այդ նյութերը առաջացել են տիեզերքում^[4]^[5]^[6]։

Կառուցվածք

Պուրին

Պիրիմիդին

Ադենինի և գուանինի «կմախքը» կազմում է պուրինը, այդ պատճառով այս ազոտային հիմքերին անվանում են պուրինային հիմքեր։
Ցիտոզինի, ուրացիլի և թիմինի «կմախքը» կազմում է պիրիմիդինը, այդ պատճառով այս ազոտային հիմքերին անվանում են պիրիմիդինային հիմքեր։

Հիմնական ազոտային հիմքեր

Աղյուսակում ներկայացված են հիմնական ազոտային հիմքերը, նրանց համապատասխան ռիբոնուկլեոզիդները (նուկլեոզիդների տեսակ, որը պարունակում է ռիբոզի մոլեկուլ) և դեզօքսիռիբոնուկլեոզիդները (նուկլեոզիդների տեսակ, որը պարունակում է դեզօքսիռիբոզի մոլեկուլ)։

Ազոտային հիմք	Ադենին	Գուանին	Թիմին	Ցիտոզին	Ուրացիլ
Ռիբոնուկլեոզիդ	Ադենոզին A	Գուանոզին G	5-մեթիլուրիդին T	Ցիտիդին C	Ուրիդին U
Դեզօքսիռիբոնուկլեոզիդ	Դեզօքսիադենոզին dA	Դեզօքսիգուանոզին dG	Թիմիդին dT	Դեզօքսիցիտիդին dC	Դեզօքսիուրիդին dU

Ձևափոխված պուրինային հիմքեր

Աղյուսակում ներկայացված են ադենոզինի և գուանոզինի ձևափոխված օրինակները։

Ազոտային հիմք	Հիպոքսանտին	Քսանտին	7-մեթիլգուանին
Ռիբոնուկլեոզիդ	Ինոզին I	Քսանտոզին X	7-մեթիլգուանոզին m⁷G

Ձևափոխված պիրիմիդինային հիմքեր

Աղյուսակում ներկայացված են ցիտիդինի, թիմիդինի և ուրիդինի ձևափոխված օրինակները։

Ազոտային հիմք	5,6-դիհիդրոուրացիլ	5-մեթիլցիտո��ին	5-հիդրօքսիմեթիլցիտոզին
Ռիբոնուկլեոզիդ	Դիհիդրոուրիդին D	5-մեթիլցիտիդին m⁵C

Նոր ազոտային հիմքեր

Գոյություն ունեն ազոտային հիմքերի բազմաթիվ նմանակներ, որոնց հիմնական կիրառության ոլորտը կազմում են ֆլուորեսցենտային հետազոտությունները։ Օրինակ՝ ամինոալիլ նուկլեոտիդը օգտագործվում է միկրոչիպերերում՝ կոմպլեմենտար ԴՆԹ-ն և ՌՆԹ-ն նշանադրելու համար։ Որոշ գիտական խմբեր աշխատում են հավելյալ ազոտային հիմքերի զույգերի ստեղծման վրա, որպեսզի ընդարձակվի գենետիկական կոդը։ Նման ազոտային հիմքերից են իզոգուանինը և իզոցիտոզինը կամ ֆլուորեսցենտային 2-ամինո-6-(2-թիենիլ) պուրինը և պիրոլ-2-կարբալդեհիդը։

Բժշկության մեջ նուկլեոզիդների նմանակները օգտագործվում են որպես հակաքաղցկեղային և հակավիրուսային նյութեր։ Վիրալ պոլիմերազը միացնում է այս միացություններին ոչ կանոնական հիմքերի հետ։ Այս միացությունները ակտիվանում են բջիջներում փոխարկվելով նուկլեոտիդների։ Նրանք ընդունվում են ինչպես նուկլեոզիդներ, քանի որ լիցքավորված նուկլեոտիդները չեն կարող հեշտությամբ թափանցել բջջապատի միջով։ Ամենաքիչը մեկ նոր ազոտային հիմքերի զույգ է հայտարարվել 2014 թվականի մայիսի դրությամբ^[7]։

Հետաքրքիր փաստեր

1997 թվականին նկարահանված ամերիկյան գիտաֆանտաստիկ Գատտակա (անգլ.՝ Gattaca) ֆիլմի անվանումը կազմված է գուանինի, ադենինի, թիմինի և ցիտոզինի՝ ԴՆԹ-ի չորս ազոտային հիմքերի անվանումների սկզբնատառերից։

Տես նաև

Ծանոթագրություններ

↑ BIOL2060: Translation
↑ "Role of 5' mRNA and 5' U snRNA cap structures in regulation of gene expression" - Research - Retrieved 13 December 2010.
↑ T Nguyen, D Brunson, C L Crespi, B W Penman, J S Wishnok, and S R Tannenbaum, DNA damage and mutation in human cells exposed to nitric oxide in vitro Արխիվացված 2020-06-04 Wayback Machine, Proc Natl Acad Sci U S A. 1992 April 1; 89(7): 3030–3034
↑ Callahan; Smith, K.E.; Cleaves, H.J.; Ruzica, J.; Stern, J.C.; Glavin, D.P.; House, C.H.; Dworkin, J.P. (2011 թ․ օգոստոսի 11). «Carbonaceous meteorites contain a wide range of extraterrestrial nucleobases». PNAS. doi:10.1073/pnas.1106493108. Արխիվացված է օրիգինալից 2011 թ․ սեպտեմբերի 18-ին. Վերցված է 2011 թ․ օգոստոսի 15–ին-ին.
↑ Steigerwald, John (2011 թ․ օգոստոսի 8). «NASA Researchers: DNA Building Blocks Can Be Made in Space». ՆԱՍԱ. Արխիվացված է օրիգինալից 2015 թ․ հունիսի 23-ին. Վերցված է 2011 թ․ օգոստոսի 10–ին-ին.
↑ ScienceDaily Staff (2011 թ․ օգոստոսի 9). «DNA Building Blocks Can Be Made in Space, NASA Evidence Suggests». ScienceDaily. Վերցված է 2011 թ․ օգոստոսի 9–ին-ին.
↑ D.A. Malyshev et al., “A semi-synthetic organism with an expanded genetic alphabet,” Nature, doi:10.1038/nature13314, 2014

Արտաքին հղումներ

[1] BIOL2060: Translation

[2] "Role of 5' mRNA and 5' U snRNA cap structures in regulation of gene expression" - Research - Retrieved 13 December 2010.

[3] T Nguyen, D Brunson, C L Crespi, B W Penman, J S Wishnok, and S R Tannenbaum, DNA damage and mutation in human cells exposed to nitric oxide in vitro Արխիվացված 2020-06-04 Wayback Machine, Proc Natl Acad Sci U S A. 1992 April 1; 89(7): 3030–3034

[Callahan-4] Callahan; Smith, K.E.; Cleaves, H.J.; Ruzica, J.; Stern, J.C.; Glavin, D.P.; House, C.H.; Dworkin, J.P. (2011 թ․ օգոստոսի 11). «Carbonaceous meteorites contain a wide range of extraterrestrial nucleobases». PNAS. doi:10.1073/pnas.1106493108. Արխիվացված է օրիգինալից 2011 թ․ սեպտեմբերի 18-ին. Վերցված է 2011 թ․ օգոստոսի 15–ին-ին.

[Steigerwald-5] Steigerwald, John (2011 թ․ օգոստոսի 8). «NASA Researchers: DNA Building Blocks Can Be Made in Space». ՆԱՍԱ. Արխիվացված է օրիգինալից 2015 թ․ հունիսի 23-ին. Վերցված է 2011 թ․ օգոստոսի 10–ին-ին.

[DNA-6] ScienceDaily Staff (2011 թ․ օգոստոսի 9). «DNA Building Blocks Can Be Made in Space, NASA Evidence Suggests». ScienceDaily. Վերցված է 2011 թ․ օգոստոսի 9–ին-ին.

[7] D.A. Malyshev et al., “A semi-synthetic organism with an expanded genetic alphabet,” Nature, doi:10.1038/nature13314, 2014

[1]