Lämmastikalused

Lämmastikalus on nukleotiidi koostisse kuuluv lämmastikurikas aromaatne fragment. Lämmastikalused esinevad nii nukleiinhapete (DNA, RNA) koostises kui ka vabades nukleotiidides (nt makroergiline ühend ATP või sekundaarne virgatsaine tsükliline AMP). Lämmastikaluste oluliseks keemiliseks omaduseks on võime osaleda vesiniksidemete loomisel tänu lämmastikuaatomile, mis võib käituda nii vesiniksideme doonorina (juhul, kui see moodustab kovalentset sidet vesinikuaatomiga) kui aktseptorina (juhul, kui lämmastikul on olemas vaba elektronpaar). Modifitseerimata olekus eristatakse DNA koostises nelja lämmastikalust ning RNA koostises samuti nelja lämmastikalust, millest kolm on identsed: Adeniin ja guaniin koosnevad kahest tsüklist ja kuuluvad puriinide alla; tsütosiin, tümiin ja uratsiil koosnevad ühest tsüklist ja kuuluvad pürimidiinide alla. DNA struktuuri ja kahekordistumise (replikatsiooni) ning RNA sünteesi (transkriptsiooni) seisukohalt on oluline lämmastikaluste nn komplementaarsus ehk lämmastikaluse võime moodustada vesiniksidemeid eelistatult ainult üht tüüpi teise lämmastikalusega. Nii moodustavad omavahel vesiniksidemeid G ja C (kokku 3 vesiniksidet) ning A ja T (DNA struktuuris, kokku 2 vesiniksidet) või A ja U (RNA struktuuris ja RNA sünteesil DNA-st). Elusrakkudes võivad lämmastikalused esineda ka metüleeritud kujul: DNA puhul metüleeritakse enamasti tsütosiini (tekib 5-metüültsütosiin ehk 5-mC) ning RNA puhul lisaks ka adeniini (tekib N6-metüüladeniin ehk m6A). DNA metüleerimine ehk metüülimine on epigeneetiline modifikatsioon, mis mõjutab DNA poolt kodeeritud geenide avaldumist. RNA metüleerimine mõjutab RNA stabiilsust ning mRNA puhul ka translatsiooni. Lisaks võib teatud lämmastikaluste puhul toimuda deamineerumine ehk aminorühma asendumine karbonüülrühmaga. Deamineerumine võib rakkudes juhtuda iseenesliku ehk spontaanse hüdrolüüsi tõttu, aga ka teatud stressi korral (nn nitrosatiivne stress) või teatud ensüümide (deaminaaside) anomaalselt kõrge aktiivsuse korral. Deamineerumisel tekib adeniinist hüpoksantiin ning tsütosiinist uratsiil. Mõlemad muutused viivad DNA replikatsiooni käigus mutatsioonini, sest hüpoksantiin seostub komplementaarselt guaniiniga (seega tekib A-T paardumise asemel Hx-G) ning uratsiil seostub komplementaarselt adeniiniga (seega tekib C-G paardumise asemel U-A). DNA mutatsioonid on ohtlikud, kuna muutused pärilikkusaines võivad põhjustada haigusi, sh vähki. UV-kiirguse mõjul võivad DNA ahelas kõrvuti paiknevad tümiinid või tsütosiinid tekitada ka omavahel ristsidemeid, moodustades dimeeri. Pürimidiinide dimeeride tuvastamisel rakus käivitub DNA parandus, mis võib kulgeda kas nn valgussõltuva mehhanismi kaudu või nukleotiidi väljalõike-mehhanismi kaudu. Õigeaegselt tuvastamata jäänud pürimidiinide dimeerid võivad aga häirida replikatsiooni ja transkriptsiooni ning põhjustada samuti patoloogilisi seisundeid. Minchin, Steve; Lodge, Julia (16. oktoober 2019). "Understanding biochemistry: structure and function of nucleic acids". Essays in Biochemistry. 63 (4): 433–456. DOI:10.1042/EBC20180038. ISSN 1744-1358. PMC 6822018. PMID 31652314. Chandel, Navdeep S. (1. juuli 2021). "Nucleotide Metabolism". Cold Spring Harbor Perspectives in Biology. 13 (7): a040592. DOI:10.1101/cshperspect.a040592. ISSN 1943-0264. PMC 8247561. PMID 34210662. "28.1: Nucleotides and Nucleic Acids". Chemistry LibreTexts (inglise). 26. august 2015. Vaadatud 26. septembril 2023. Moffatt, Barbara A.; Ashihara, Hiroshi (2002). "Purine and pyrimidine nucleotide synthesis and metabolism". The Arabidopsis Book. 1: e0018. DOI:10.1199/tab.0018. ISSN 1543-8120. PMC 3243375. PMID 22303196. Alberts, Bruce; Johnson, Alexander; Lewis, Julian; Raff, Martin; Roberts, Keith; Walter, Peter (2002), "From DNA to RNA", Molecular Biology of the Cell. 4th edition (inglise), Garland Science, vaadatud 26. septembril 2023 Shi, Ke; Moeller, Nicholas H.; Banerjee, Surajit; McCann, Jennifer L.; Carpenter, Michael A.; Yin, Lulu; Moorthy, Ramkumar; Orellana, Kayo; Harki, Daniel A.; Harris, Reuben S.; Aihara, Hideki (9. märts 2021). "Structural basis for recognition of distinct deaminated DNA lesions by endonuclease Q". Proceedings of the National Academy of Sciences (inglise). 118 (10). DOI:10.1073/pnas.2021120118. ISSN 0027-8424. PMC 7958190. PMID 33658373.{{ajakirjaviide}}: CS1 hooldus: PMC vormistus (link) Chatterjee, Nimrat; Walker, Graham C. (2017). "Mechanisms of DNA damage, repair, and mutagenesis". Environmental and Molecular Mutagenesis. 58 (5): 235–263. DOI:10.1002/em.22087. ISSN 1098-2280. PMC 5474181. PMID 28485537. Cooper, Geoffrey M. (2000), "DNA Repair", The Cell: A Molecular Approach. 2nd edition (inglise), Sinauer Associates, vaadatud 26. septembril 2023 Schreier, Wolfgang J.; Schrader, Tobias E.; Koller, Florian O.; Gilch, Peter; Crespo-Hernández, Carlos E.; Swaminathan, Vijay N.; Carell, Thomas; Zinth, Wolfgang; Kohler, Bern (2. veebruar 2007). "Thymine dimerization in DNA is an ultrafast photoreaction". Science (New York, N.Y.). 315 (5812): 625–629. DOI:10.1126/science.1135428. ISSN 1095-9203. PMC 2792699. PMID 17272716.