Nucleótidos

Definición de nucleótido

En primer lugar, veamos la definición de nucleótido.

Nucleótido vs. Ácido nucleico

Antes de continuar, dejemos las cosas claras: los nucleótidos son diferentes de los ácidos nucleicos. Un nucleótido se considera un monómero, mientras que un ácido nucleico es un polímero. Los monómeros son moléculas simples que se unen a moléculas similares para formar moléculas grandes llamadas polímeros. Los nucleótidos se unen para formar ácidos nucleicos.

Los ácidos nucleicos son moléculas que contienen información genética e instrucciones para las funciones celulares.

Hay dos tipos principales de ácidos nucleicos: ADN y ARN.

• Ácido desoxirribonucleico (ADN): El ADN contiene la información genética necesaria para la transmisión de rasgos hereditarios e instrucciones para la producción de proteínas.

• Ácidoribonucleico (ARN): El ARN desempeña un papel vital en la creación de proteínas. También transporta información genética en algunos virus.

Es importante distinguir entre ambos porque los componentes y la estructura de los nucleótidos del ADN y del ARN son diferentes.

Componentes y estructura de un nucleótido

Primero hablaremos de los principales componentes de un nucleótido antes de profundizar en su estructura y en cómo se unen para formar ácidos nucleicos.

Las 3 partes de un nucleótido

Un nucleótido tiene tres componentes principales: una base nitrogenada, un azúcar pentosa y un grupo fosfato. Analicemos cada uno de ellos y veamos cómo interactúan para formar un nucleótido.

Base nitrogenada

Las bases nitrogenadas son moléculas orgánicas que contienen uno o dos anillos con átomos de nitrógeno. Las bases nitrogenadas son básicas porque tienen un grupo amino que tiende a unir hidrógeno extra, lo que provoca una menor concentración de iones hidrógeno en su entorno.

Las bases nitrogenadas se clasifican como purinas o pirimidinas (Fig. 1):

Figura 1. La adenina (A) y la guanina (G) son purinas, mientras que la timina (T), el uracilo (U) y la citosina (C) son pirimidinas.

Las purinas tienen una estructura de doble anillo en la que un anillo de seis miembros está unido a un anillo de cinco miembros. En cambio, las pirimidinas son más pequeñas y tienen una sola estructura de anillo de seis miembros.

Los átomos de las bases nitrogenadas están numerados del 1 al 6 para los anillos de pirimidina y del 1 al 9 para los anillos de purina (Fig. 2). Esto se hace para indicar la posición de los enlaces.

Figura 2. Esta ilustración muestra cómo se estructuran y numeran las bases de purina y pirimidina. Fuente: StudySmarter Originals.

Tanto el ADN como el ARN contienen cuatro nucleótidos. La adenina, la guanina y la citosina se encuentran tanto en el ADN como en el ARN. La timina sólo se encuentra en el ADN, mientras que el uracilo sólo se encuentra en el ARN.

Azúcar pentosa

Un azúcar pentosa tiene cinco átomos de carbono, con cada carbono numerado del 1′ al 5′ (1′ se lee como "un primo").

En los nucleótidos haydos tipos de p entosas: la ribosa y la desoxirribosa (Fig. 2). En el ADN, el azúcar pentosa es la desoxirribosa, mientras que en el ARN, el azúcar pentosa es la ribosa. Lo que distingue a la desoxirribosa de la ribosa es la falta de grupo hidroxilo (-OH) en su carbono 2' (por eso se llama "desoxirribosa").

Figura 3. Esta ilustración muestra cómo están estructuradas y numeradas la ribosa y la desoxirribosa. Fuente: StudySmarter Originals.

La base nitrogenada de un nucleótido está unida al extremo 1', mientras que el fosfato está unido al extremo 5' del azúcar pentosa.

Grupo fosfato

La combinación de base nitrogenada y azúcar pentosa (sin ningún grupo fosfato) se denomina nucleósido. La adición de uno a tresgrupos fosfato (_PO4) convierte un nucleósido en un nucleótido.

Antes de integrarse como parte del ácido nucleico, un nucleótido suele existir como trifosfato (lo que significa que tiene tres grupos fosfato); sin embargo, en el proceso de convertirse en ácido nucleico, pierde dos de los grupos fosfato.

Los grupos fosfato se unen a 3' de los anillos de ribosa (en el ARN) o a 5' de los anillos de desoxirribosa (en el ADN).

Estructura de los nucleósidos, nucleótidos y ácidos nucleicos

En un polinucleótido, un nucleótido se une al nucleótido adyacente mediante un enlace fosfodiéster. Esta unión entre el azúcar pentosa y el grupo fosfato crea un patrón repetitivo y alternante denominado esqueleto de azúcar-fosfato.

El polinucleótido resultante tiene dos "extremos libres" diferentes entre sí:

• El extremo 5 ' tiene unido un grupo fosfato.

• El extremo 3 ' tiene unido un grupo hidroxilo.

Estos extremos libres se utilizan para indicar una direccionalidad a lo largo del esqueleto de azúcar-fosfato (dicha dirección puede ser de 5' a 3' o de 3' a 5'). Las bases nitrogenadas están unidas a lo largo del esqueleto de azúcar-fosfato.

La secuencia de nucleótidos a lo largo de la cadena polinucleotídica define la estructura primaria tanto del ADN como del ARN. La secuencia de bases es única para cada gen y contiene información genética muy específica. A su vez, esta secuencia especifica la secuencia de aminoácidos de una proteína durante la expresión génica.

El siguiente diagrama resume la formación de nucleósidos, nucleótidos y ácidos nucleicos a partir de los tres componentes principales (Fig. 4).

Figura 4. Este diagrama muestra cómo un azúcar pentosa, una base nitrogenada y un grupo fosfato forman nucleósidos, nucleótidos y ácidos nucleicos. Fuente: StudySmarter Originals.

La estructura secundaria del ADN y del ARN difiere en varios aspectos:

• ElADN está formado pordos cadenas de polinucleótidos entrelazadas que forman una estructura de doble hélice.

  • Las dos hebras forman una hélice derecha: cuando se observa a lo largo de su eje, la hélice se aleja del observador con un movimiento de rosca en el sentido de las agujas del reloj.

  • Las dos hebras son antiparalelas : las dos hebras son paralelas, pero discurren en direcciones opuestas; concretamente, el extremo 5' de una hebra se enfrenta al extremo 3' de la otra hebra.

  • Las dos cadenas son complementarias: la secuencia de bases de cada cadena se alinea con las bases de la otra cadena.

• El ARN está formado por una única cadena de polinucleótidos.

  • Cuando el ARN se pliega, puede producirse el emparejamiento de bases entre regiones complementarias.

Tanto en el ADN como en el ARN, cada nucleótido de la cadena polinucleotídica se empareja con un nucleótido complementario específico mediante enlaces de hidrógeno. En concreto, una base de purina siempre se empareja con una base de pirimidina de la siguiente manera:

• La guanina (G) se empareja con la citosina (C) mediante tres enlaces de hidrógeno.

• La adenina (A) se empareja con la timina (T) en el ADN o con el uracilo (U) en el ARN mediante dos enlaces de hidrógeno.

Convenciones para la denominación de nucleósidos y nucleótidos

Los nucleósidos se nombran según la base nitrogenada y el azúcar pentosa unidos:

• Los nucleósidos con bases purínicas terminan en -osina.

  • Cuando están unidos a ribosa: adenosina y guanosina.

  • Cuando están unidas a la desoxirribosa: desoxiadenosina y desoxiguanosina.

• Los nucleósidos conbases pirimidínicas terminan en -idina.

  • Cuando se unen a la ribosa: uridina y citidina.

  • Cuando están unidas a la desoxirribosa: desoxitimidina y desoxicitidina.

Losnucleótidos reciben nombres similares, pero también indican si la molécula contiene uno, dos o tres grupos fosfato.

Además, el nombre de los nucleótidos también puede indicar la posición en el anillo de azúcar donde está unido el fosfato.

Los nucleótidos en otras moléculas biológicas

Además de almacenar información genética, los nucleótidos también intervienen en otros procesos biológicos. Por ejemplo, el trifosfato de adenosina (ATP) funciona como una molécula que almacena y transfiere energía. Los nucleótidos también pueden funcionar como coenzimas y vitaminas. También intervienen en la regulación metabólica y la señalización celular.