Le basi azotate , o basi azotate o nucleobasi , sono composti organici azotati presenti negli acidi nucleici sotto forma di nucleotidi in cui sono legati a filo , il ribosio nel caso dell'RNA e il desossiribosio nel caso del DNA . In genetica , sono spesso indicati semplicemente come le basi degli acidi nucleici. Svolgono un ruolo chiave nella memorizzazione, espressione e trasmissione dell'informazione genetica grazie alla loro particolare capacità di accoppiarsi per formare strutture complementari . Sotto forma di nucleotidi , sono anche essenziali per il metabolismo energetico delle cellule e uno di loro, l' adenina , è coinvolto in molti processi biochimici essenziali formando coenzimi . Sono designati come basi in riferimento alle loro proprietà acido-base caratterizzate al momento della loro scoperta, ma la loro natura basica non è particolarmente coinvolta nella loro fondamentale funzione biologica legata all'ereditarietà .
I primi cinque basi, o canonica, sono l' adenina , la citosina , la guanina , una timina e uracile , rispettivamente simboleggiato da A , C , G , T e U . Di queste cinque basi, A, C, G e T sono le quattro basi del DNA, mentre A, C, G e U sono le quattro basi dell'RNA. Timina e uracile sono simili alla differenza che timina ha un gruppo metilico sul atomo di carbonio 5. La guanina e adenina appartengono alla famiglia delle purine , che sono rappresentati da R e sono composti biciclici comprendenti due eterocicli a cinque e sei atomi, mentre citosina, timina e uracile sono pirimidine , che sono simboleggiate da Y e sono composti monociclici comprendenti un eterociclo a sei atomi. Esistono anche altre basi, che non entrano nella costituzione degli acidi nucleici e sono chiamate basi non canoniche.
Nella doppia elica del DNA, le basi si accoppiano mediante legami idrogeno che tengono insieme i due filamenti antiparalleli , una base purinica che si accoppia con una base pirimidinica . Citosina e guanina formano una coppia di basi unite da tre legami idrogeno, mentre adenina e timina formano una coppia di basi unite da due legami idrogeno.
L'analisi delle sequenze di acidi nucleici rende talvolta necessario rappresentare una o più basi secondo particolari caratteristiche. A tal fine lo IUBMB ha definito una precisa nomenclatura:
Simbolo | Descrizione | Basi rappresentate | ||||
---|---|---|---|---|---|---|
A | una denina | A | 1 | |||
VS | c ytosine | VS | ||||
G | g uanine | G | ||||
T | t imine | T | ||||
tu | u racile | tu | ||||
W | w eak | A | T | 2 | ||
S | s trong | VS | G | |||
M | un m ino | A | VS | |||
K | k eto | G | T | |||
R | pu r ine | A | G | |||
sì | p y rimidine | VS | T | |||
B | non A ( B viene dopo A) | VS | G | T | 3 | |
D | non C ( D viene dopo C) | A | G | T | ||
H | non G ( H viene dopo G) | A | VS | T | ||
V | non T ( V viene dopo T e U) | A | VS | G | ||
NON | ha n y base | A | VS | G | T | 4 |
Il legame di una base nucleica all'atomo di carbonio 1' di una molecola di ribosio o desossiribosio determina un nucleoside , più specificamente un ribonucleoside (con ribosio) o un desossiribonucleoside (con desossiribosio); il legame di un gruppo fosfato all'atomo di carbonio 5' di un nucleoside determina un nucleotide , più specificamente un ribonucleotide o un desossiribonucleotide .
Di seguito sono mostrati i ribonucleotidi guanina , citosina , adenina e uracile che costituiscono l' RNA in alto , e i desossiribonucleotidi guanina , citosina , adenosina e timina che costituiscono il DNA in basso .
Le basi nucleiche sono sintetizzate nelle cellule sotto forma di nucleotidi , e più in particolare di ribonucleotidi , cioè legati ad un residuo di ribosio-5-fosfato .
Metabolismo delle purineLa formazione di fosforibosilpirofosfato (PRPP, o 5-fosfo-α- D -ribosio-1-difosfato) da parte della PRPP sintetasi è il passaggio regolatore chiave nella biosintesi delle purine. Questo enzima è attivato dal fosfato inorganico e inibito dai nucleotidi purinici . Il PRPP viene quindi convertito in inosina monofosfato (IMP), un nucleotide la cui base è l' ipoxantina e che si forma dal PRPP dopo più di dieci trasformazioni chimiche. Infine, dall'IMP si formano gli altri nucleotidi purinici:
Vari enzimi sono coinvolti per degradare i nucleotidi purinici. Sono prima di tutto nucleotidasi , che idrolizzano i nucleotidi liberando il gruppo fosfato e il corrispondente nucleoside . Quest'ultimo viene poi a sua volta idrolizzato da un nucleoside purinico fosforilasi per liberare ribosio-1-fosfato e la base corrispondente al nucleoside: adenina nel caso dell'adenosina , guanina nel caso della guanosina e ipoxantina nel caso dell'inosina . Quest'ultimo può essere formato da adenosina sotto l'azione dell'adenosina deaminasi , oppure da AMP sotto l'azione dell'AMP deaminasi per dare IMP, successivamente scissa in fosfato e in inosina da una nucleotidasi.
Metabolismo delle pirimidineLa biosintesi delle pirimidine inizia con la formazione di carbamilfosfato sotto l'azione della carbamilfosfato sintetasi II . Il carbamil-fosfato viene quindi convertito in acido carbamilaspartico sotto l'azione dell'aspartato carbamoiltransferasi , quindi in acido 4,5-diidroorotico sotto l'azione della diidroorotasi , quindi in acido orotico sotto l'azione della diidroorotato deidrogenasi . Quest'ultimo viene convertito in un nucleotide sotto forma di orotidina monofosfato (OMP) dall'azione dell'orotato fosforibosiltransferasi , che utilizza come substrato il fosforibosilpirofosfato . Infine, l' uridina monofosfato (UMP) è formata dall'OMP dall'orotidina-5'-fosfato decarbossilasi . Nei mammiferi , l'orotato fosforibosiltransferasi e l'orotidina-5'-fosfato decarbossilasi formano un singolo enzima, l' uridina monofosfato sintetasi .
L'UMP viene quindi fosforilato successivamente in uridina difosfato (UDP) e uridina trifosfato (UTP) successivamente dall'uridina citidina chinasi 2 e da una nucleoside difosfato chinasi , quindi l'UTP viene convertito in citidina trifosfato (CTP) dalla CTP sintasi .
Vie di salvataggio dei nucleotidiPoiché non tutti i tessuti sono in grado di sintetizzare nucleotidi de novo , esistono vie di salvataggio dei nucleotidi che intervengono nelle cellule per produrre nucleotidi dai loro prodotti di degradazione. Pertanto, le fosforibosiltransferasi formano nucleotidi monofosfati da basi puriniche e fosforibosilpirofosfato (PRPP). Ci sono due tipi di phosphoribosyltransferases: phosphoribosyltransferase adenina (APRT), che costituisce AMP da adenina e ipoxantina-guanina fosforibosil (HGPRT), che forma IMP e GMP dal di ipoxantina e guanina . Un deficit di HGPRT è responsabile della sindrome di Lesch-Nyhan .
Le basi nucleiche - e in particolare l' adenina - sono coinvolte, sotto forma di nucleosidi e nucleotidi , in numerosi processi metabolici indipendenti dal loro ruolo nel supportare l'informazione genetica :
Oltre ai nucleosidi di guanina, citosina, adenina, timina e uracile, esistono nucleosidi modificati nel DNA e nell'RNA dopo la loro incorporazione negli acidi nucleici. Nel DNA, la base modificata più comune è la 5-metilcitosina , il cui nucleoside è la 5-metilcitidina (m 5 C). Nell'RNA, e in particolare negli RNA transfer , i nucleosidi più frequenti sono la pseudouridina (Ψ), la diidrouridina (DHU), l' inosina (I) e la 7-metilguanosina (m 7 G).
La xantina e l' ipoxantina , i corrispondenti nucleosidi sono la xantosina e l' inosina , si formano in presenza di agenti mutageni rispettivamente da guanina e adenina. Allo stesso modo, la deaminazione della citosina forma l'uracile, che è potenzialmente mutageno in quanto l'uracile può accoppiarsi con l'adenina mentre la citosina si accoppia con la guanina. Inoltre, lo stesso fenomeno può verificarsi con la 5-metilcitosina , generando timina per deaminazione, che successivamente si accoppia con l'adenina anziché con la guanina.
Uno studio finanziato dalla NASA e pubblicato nel 2011 ha rivelato la presenza di una serie di basi azotate nei meteoriti tipo condrite carboniosa , tra cui l' adenina , una guanina , la xantina , l' ipoxantina e la purina e di due basi assenti dai sistemi biologici conosciuti: 2,6 -diamminopurina e 6,8-diamminopurina .