Los ácidos nucleicos (DNA y RNA) son las moléculas encargadas del almacenamiento, transmisión y expresión de la información genética. A lo largo del presente capítulo se analiza la estructura y composición química de sus constituyentes, los nucleótidos, así como otras funciones que éstos pueden desempeñar. Es muy importante comprender la naturaleza química de los ácidos nucleicos para relacionar su estructura con su función en la célula. De igual forma, el estudio del nucleótido ATP como moneda de intercambio energético de la célula resulta imprescindible para la comprensión del metabolismo celular.
El conocimiento de la estructura y función de los ácidos nucleicos permite comprender el flujo de la información genética.
INTRODUCCIÓN
Los nucleótidos participan en multitud de funciones celulares. Colaboran en funciones de oxidorreducción, transferencia de energía, señales intracelulares y reacciones de biosíntesis. Además, son los constituyentes de los ácidos nucleicos: ácido desoxirribonucleico (DNA) y ácido ribonucleico (RNA), las principales moléculas participantes en el almacenamiento y la descodificación de la información genética.
Los nucleótidos y los ácidos nucleicos también desempeñan papeles estructurales y catalíticos en la célula. Ningún otro tipo de biomolécula participa en funciones tan variadas o en tantas funciones esenciales para la vida.
Las funciones del DNA son el almacenamiento y la transmisión de la información biológica. En el DNA se encuentran especificadas las secuencias de aminoácidos de todas las proteínas y las secuencias de nucleótidos de todas las moléculas de RNA.
Un segmento de DNA que contiene la información necesaria para la síntesis de un producto biológico funcional (proteína o RNA) se denomina gen. Las células tienen miles de genes, lo que explica que las moléculas de DNA sean muy grandes.
En la célula existen diversas clases de RNA, tres de ellos fundamentales: los RNA ribosómicos (rRNA), que son componentes de los ribosomas; los RNA mensajeros (mRNA), que actúan como transportadores de la información desde un gen hasta el ribosoma, donde se sintetizan las proteínas; y los RNA de transferencia (tRNA), que traducen la información genética contenida en el mRNA a secuencias específicas de aminoácidos. Además, existen diversas moléculas de RNA que desempeñan funciones específicas que se detallarán en esta unidad.
LOS NUCLEÓTIDOS.
Los nucleótidos desempeñan numerosas funciones en el metabolismo:
Actúan como transmisores de energía (ATP).
Actúan como señales químicas en los sistemas celulares en respuesta a las hormonas y otros estímulos extracelulares (AMPc).
Son componentes de una serie de coenzimas e intermediarios metabólicos
(NAD⁺, FAD, NADP⁺).
Son los constituyentes de los ácidos nucleicos (DNA Y RNA).
Nucleósidos y nucleótidos.
Composición química y estructura.
Los nucleótidos están constituidos por tres componentes característicos: una base nitrogenada, una pentosa y al menos un grupo fosfato.
Las bases nitrogenadas son moléculas planas, aromáticas, heterocíclicas, que derivan de la pruina o de la pirimidina. Las bases púricas más comunes son la adenina (A) y la guanina (G). Ambas aparecen tanto en el DNA como en el RNA. Las bases pirimidínicas principales son la citosina (C), el uracilo (U) y la timina (T) (fig. 1). La citosina se encuentra en ambos tipos de ácidos nucleicos, pero la tiamina solo aparece en el DNA y el uracilo únicamente en el RNA.
Bases púricas y pirimidínicas de los ácidos nucleicos. Las bases nitrogenadas que forman parte del DNA y el RNA se forman a partir de la pirimidina. Se resaltan las modificaciones particulares de cada base.
Las bases se unen a una pentosa (mediante el N-1 en las pirimidinas y el N-9 en las purinas), a través de un enlace N-β-glucosídico con el C´-1 de la pentosa. A los átomos de las pentosas de los nucleótidos se les añade el signo prima (´) para distinguirlos de los átomos de las bases nitrogenadas. En los ribonucleótidos, la pentosa es la ᴅ-ribosa, mientras que en los desoxirribonucleótidos (desoxinucleótidos) el azúcar es la 2´-desoxi- ᴅ-ribosa.
Ambos tipos de pentosas se encuentran en forma β. El compuesto resultante de la unión de una base más la pentosa es un nucleósido.
El grupo fosfato se une en la posición 5´ de la pentosa normalmente, aunque también puede aparecer en otras posiciones (2´,3´). La base más la pentosa más el fosfato constituyen el nucleótido.
Nucléosidos y nucléotidos. En la figura se ilustra con dos ejemplos los procesos de formación de un nucléosido (base nitrogenada + azúcar) mediante un enlace N-glucosídico y de un nucleótido (base nitrogenada + azúcar + grupo fosfato) mediante un enlace éster fosfórico.
Aunque la mayoría de los nucleótidos contienen las bases nitrogenadas A, C, G, T y U, el DNA y el RNA contienen también otras bases secundarias. En el DNA, las más comunes son las formas metiladas de las bases principales. En el RNA, y en especial en el tRNA, también se encuentran distintos tipos de bases secundarias. En el recuadro A se analiza el papel de algunos análogos de bases o de nucleótidos como agentes terapéuticos.
En las células también aparecen nucleótidos con grupo fosfato en posiciones diferentes del carbono 5´, como los ribonucleósidos 2´,3´-monofosfato cíclicos y los ribonucleósidos 3´-monofosfato, queson productos finales de la hidrólisis del RNA. Otros ejemplos son la adenosina-3´,5´-monofosfato cíclico (AMPc) y la guanosina-3´,5´-monofosfato cíclico (GMPc). Al final del capítulo se comenta la estructura y función del AMPc.
Ribonucleótidos y desoxirribonucleótidos de los ácidos nucleicos. Los nucleótidos que forman parte de los ácidos nucleicos se encuentran en forma monofosfato, situándose el grupo fosfato en posición 5’. La parte nucleosídica de cada molécula aparece sombreada
Algunas bases púricas y pirimidínicas secundarias. (a) Bases poco abundantes en el DNA. La 5-metilcitidina está presente en el DNA de los animales y plantas superiores, y la N 6-metiladenosina en el DNA bacteriano. (b) Bases poco abundantes presentes en los tRNA. La inosina contiene la base hipoxantina. La modificación con respecto al nucleótido original aparece en color.
