¿Qué es un Nucleótido?

El ácido desoxirribonucleico, conocido cariñosamente como ADN, es una molécula en forma de doble hélice, que es responsable de almacenar información genética en las células de todos los organismos vivos. La mayoría de la gente sabe o debería saber esto. Pero, ¿de qué está hecho exactamente el ADN?

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Figura 1: La doble hélice del ADN

ADN, y otros ácidos nucleicos como el ARN, se compone de nucleótidos. Los nucleótidos son los componentes básicos del ADN y el ARN. La estructura del ADN puede visualizarse o pensarse como una escalera. Si continuamos con esta analogía, cada «peldaño» de esta escalera se compone de una cadena de nucleótidos, en un orden muy específico y controlado. Cada nucleótido, a su vez, está formado por una base nitrogenada, un azúcar pentosa y un fosfato. En la figura 2, la base nitrogenada está encerrada en el cuadrado rojo a la derecha, mientras que el fosfato está encerrado en el cuadrado azul a la izquierda. El resto de la molécula forma el azúcar pentosa. Esta molécula en particular es la adenina; descubriremos más sobre esto más adelante.

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Figura 2: El conjunto químico de las tres partes del nucleótido, el fosfato (caja azul), la base nitrogenada (caja roja) y el azúcar pentosa. Este nucleótido en particular es adenina

El conjunto de nucleótidos (1) los diferencia de los nucleósidos, que no contienen un grupo fosfato (en la caja azul); (2) permite que el nucleótido se conecte a otros nucleótidos cuando la base nitrogenada forma un enlace de hidrógeno con la base nitrogenada de otro nucleótido; así como (3) permite que el fosfato forme un enlace de fosfodiéster con el azúcar pentosa de otro nucleótido. Esto resulta en una compleja «cuerda o escalera» de doble cadena, como se ve en la figura 1.Esta es la base de la forma del ADN.

La Base nitrogenada

La palabra «nucleótido» fue acuñada por primera vez por P. A. Levene, quien observó que el ADN contenía cuatro bloques de construcción similares, en cantidades aproximadamente iguales. Estos bloques de construcción son lo que ahora conocemos como las bases nitrogenadas que se encuentran en el ADN y el ARN.

Una base nitrogenada es una molécula que contiene nitrógeno, con las propiedades químicas de una base debido a un par de electrones en el átomo de nitrógeno. Estas bases nitrogenadas son la Adenina (A), la Citosina (C) y la Guanina (G), que se encuentran tanto en el ARN como en el ADN, y luego la Timina (T), que solo se encuentra en el ADN y el Uracilo (U), que reemplaza a la timina en el ARN.

Las bases nitrogenadas pueden clasificarse además como pirimidinas o purinas. Citosina, uracilo y timina son todas pirimidinas. Es decir, su estructura molecular comprende una base nitrogenada en forma de un anillo único de seis miembros. La guanina y la adenina, por otro lado, son purinas. Estos contienen una base nitrogenada en forma de un anillo doble de nueve miembros. En resumen, las pirimidinas tienen un solo anillo, mientras que las purinas tienen dos (figura 3).

Ahora que tienes la idea general de purinas versus pirimidinas, hablemos de bioquímica. Una purina es un compuesto orgánico aromático heterocíclico que se compone de un anillo de pirimidina que se une a un anillo de imidazol. La siguiente pregunta lógica, por supuesto, se convierte en » ¿qué es entonces una pirimidina, bioquímicamente hablando?» Bueno, las pirimidinas son una clase de compuestos nitrogenados que tienen un solo anillo heterocíclico.

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Figura 3: Estructura química de las purinas (A, G) y pirimidinas (C, T/U)

Las bases nitrogenadas forman pares de bases entre sí en el ADN: La adenina siempre se empareja con la timina; la guanina siempre se une a la citosina. Si estabas prestando atención, notarás que esto significa que una pirimidina siempre está unida a una purina. El enlace formado es un enlace de hidrógeno, y es responsable de los peldaños formados en la «escalera»de ADN.Esta arquitectura es muy importante para la construcción perfecta de la molécula de ADN. De lo contrario, habría protuberancias y grietas en la molécula. Esto no serviría para nada porque el cuidadoso empaquetado, desenrollado y enrollado del ADN sería un desastre para algunos más difíciles de mantener que para otros.

Este emparejamiento es, por lo tanto, crucial para la función genética, y es la base para la replicación del ADN y la expresión génica. El orden en el que aparecen los pares de bases determina el funcionamiento de su fisiología. En la síntesis de proteínas, por ejemplo, el código se lee en triplicados donde tres bases codifican para un aminoácido en particular. Las eliminaciones e inserciones de nucleótidos en esta situación pueden llevar a un cambio de marco completo que interrumpe la síntesis de la proteína en cuestión. Las sustituciones también pueden ser problemáticas, aunque en menor medida, ya que pueden cambiar la identidad de un aminoácido en el código de la proteína.

El Grupo Fosfato

El grupo fosfato (PO4) es lo que diferencia un nucleótido de un nucleósido. Esta adición cambia el nucleósido de una base a un ácido. Estos grupos fosfato son importantes, ya que forman enlaces fosfodiéster con los azúcares pentosa para crear los lados de la «escalera»del ADN. Esto es crítico, ya que los enlaces de hidrógeno que se unen a las bases nitrogenadas no son muy fuertes. Estos lados de la escalera son hidrófilos (atraídos por el agua), lo que permite que la molécula de ADN se una al agua.

¿Qué son los Difosfatos y Trifosfatos de nucleósidos?

Usted sabe que un nucleótido se diferencia de un nucleósido por un grupo fosfato. En consecuencia, un nucleótido también puede ser un nucleósido monofosfato (figura 4). Si más fosfatos se unen al nucleótido (nucleósido monofosfato), puede convertirse en un nucleósido difosfato (si se unen dos fosfatos) o en un nucleósido trifosfato (si se unen tres fosfatos), como el trifosfato de adenosina (ATP). El ATP es un componente crucial de la respiración y la fotosíntesis, entre otros procesos.

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Figura 4: La estructura molecular de los nucleósidos mono-, di – y trifosfato

Un polinucleótido es una cadena de más de 20 nucleótidos unidos por un enlace fosfodiéster.

El azúcar Pentosa

El azúcar pentosa es un monosacárido de 5 carbonos con la fórmula (CH2O) 5. Estos forman dos grupos: aldopentosis y cetopentosis. La pentosa de azúcares que se encuentran en los nucleótidos son aldopentoses. La desoxirribosa y la ribosa son dos de estos azúcares.

Estos azúcares difieren en ADN y ARN. El azúcar en el ADN es ácido desoxirribonucleico, que contiene desoxirribosa. El azúcar en el ARN es el ácido ribonucleico, que contiene ribosa. La diferencia estructural entre estos azúcares es que el ácido ribonucleico contiene un grupo hidroxilo (- OH), mientras que el ácido desoxirribonucleico contiene solo un átomo de hidrógeno en lugar de este grupo hidroxilo. Los nucleótidos que contienen ácido desoxirribonucleico se conocen como desoxirribonucleótidos. Los que contienen ácido ribonucleico se conocen como ribonucleótidos. Por lo tanto, la molécula de azúcar determina si un nucleótido forma parte de una molécula de ADN o de ARN. A continuación se muestra una lista de los nombres que se dan a los azúcares que se encuentran en el ARN y el ADN.

Putting it All Together

To recap, we have covered what a nucleotide is, what the three parts of a nucleotide are, we have covered the specifics of nitrogenous bases, pentose sugars, and phosphates, and we have discussed how los nucleótidos difieren en ADN y ARN.

El fosfato está conectado al azúcar pentosa; el azúcar pentosa está conectado al par de bases nitrogenadas (A, C, G o T), que en el ADN está conectado a su pareja de bases. Algo como esto:

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Figura 5: Enlace de nucleótidos en la molécula de ADN con enlaces de hidrógeno y fosfato.

La estructura química del fosfato, el azúcar pentosa y las bases nitrogenadas de adenina, timina, citosina y guanina se muestran arriba (figura 5).

Se forma una hebra de ADN cuando las bases nitrogenadas se unen por enlaces de hidrógeno, y los fosfatos de un grupo se unen a los azúcares pentosos del siguiente grupo con un enlace de fosfodiéster (figura 5).

La forma de doble hélice es el resultado de los enlaces de hidrógeno entre las bases de nitrógeno, que forman los «peldaños» de la escalera, mientras que el fosfato y el azúcar pentosa (formando enlaces fosfodiéster) forman las partes verticales de la escalera.

Para concluir, los nucleótidos son importantes ya que forman los bloques de construcción de los ácidos nucleicos, como el ADN y el ARN. Los nucleótidos se componen de 3 partes. El primero es una base nitrogenada distinta, que es adenina, citosina, guanina o timina. En el ARN, la timina es reemplazada por uracilo. Estas bases nitrogenadas son purinas o pirimidinas. Los pares de bases se forman cuando la adenina forma un enlace de hidrógeno con la timina, o la citosina forma un enlace de hidrógeno con la guanina. La segunda parte de un nucleótido es el fosfato, que diferencia la molécula de nucleótido de una molécula de nucleósido. Este fosfato es importante en la formación de enlaces fosfodiéster, que unen varios nucleótidos de manera lineal. La tercera parte de un nucleótido es el azúcar pentosa (5 carbonos). Los azúcares pentosos que se encuentran en los nucleótidos son aldopentosis: ribosa en el ARN y desoxirribosa en el ADN. Estos azúcares determinan si el nucleótido formará parte de una molécula de ADN o ARN, y formará parte de los enlaces fosfodiéster que unen varios nucleótidos. La combinación de enlaces de hidrógeno entre bases nitrogenadas y enlaces de fosfodiéster entre fosfatos y azúcares es lo que le da al ADN su forma de doble hélice.

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