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Bases, Nucleósidos y Nucleótidos
La hidrólisis enzimática completa de un ácido nucleico da lugar a una mezcla de nucleótidos. La hidrólisis completa de un nucleótido da lugar a una mezcla equimolar de:
- Una Base nitrogenada heterocíclica, que puede ser de dos tipos: Purina o Pirimidina
- Una Pentosa, que puede ser Ribosa o bien 2-desoxirribosa
- Ortofosfato
la unión de la base con la pentosa da lugar a un tipo de glicósidos que reciben el nombre de Nucleósidos. La esterificación por fosfatos de los grupos alcohólicos de la pentosa en los nucleósidos da lugar a los Nucleótidos.
Bases nitrogenadas
Las bases nitrogenadas de los ácido nucleicos son bases heterocíclicas que pertenecen a una de dos familias, Pirimidinas y Purinas.
Las primeras están basadas en el Anillo pirimidínico:
Se trata de un sistema plano de seis átomos, cuatro carbonos y dos nitrógenos. Los átomos del anillo pirimidínico tienen la siguiente numeración:N1:
Las distintas bases pirimidínicas se obtienen por sustitución de este anillo con grupos oxo (=O), grupos amino (-NH2) o grupos metilo (-CH3).
La otra familia de bases nitrogenadas está basada en el Anillo purínico:
Puede observarse que se trata de un sistema plano de nueve átomos, cinco carbonos y cuatro nitrógenos. El anillo purínico pùede considerarse como la fusión de un anillo pirimidínico con un anillo imidazólico. Los átomos del anillo purínico se numeran de la forma siguiente: N1:
Veamos a continuación la estructura de las principales bases:
Pirimidinas |
2-oxo 4-amino pirimidina
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2,4 dioxo pirimidina
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2,4-dioxo 5-metil pirimidina
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Purinas |
6-amino purina
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2-amino 6-oxo purina
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6-oxo purina
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2,6-dioxo purina
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De todas estas bases, aparecen en los ácidos nucleicos: citosina, timina, guanina y adenina en el DNA; citosina, uracilo, guanina y adenina en el RNA. Xantina e hipoxantina son formas metabólicas de las purinas, aunque ocasionalmente la segunda puede formar parte de algunos RNAs.
La forma degradativa final de las purinas en los primates es el Ácido Úrico:
que es 2,6,8-trioxo purina. Las pirimidinas son degradadas completamente a agua, anhídrido carbónico y urea.
Un fenómeno estructural importante en las bases nitrogenadas es la tautomería o isomería ceto-enol. Hasta ahora hemos visto que el grupo oxo de las bases nitrogenadas se representa como ceto (=O). Ocasionalmente este grupo se presenta como enol (-OH), constituyendo una forma tautomérica anómala de la base en cuestión. Así, por ejemplo, la Timina puede presentar dos formas tautoméricas, Ceto- y Enol-. La estructura der la forma ceto- es la siguiente:
Esta forma es mayoritaria. La forma enol- es:
Y es la forma menos frecuente de ambas. Parece ser que la presencia de formas tautoméricas anómalas en las bases podría explicar algunas mutaciones espontáneas del material genético a través de apareamientos Watson-Crick anómalos.
Nucleósidos
La unión de una base nitrogenada a una pentosa da lugar a los compuestos llamados nucleósidos. Obsérvese el sufijo ósido, característico de todos los compuestos que llamamos glicósidos. La pentosa puede ser D-Ribosa (D-Ribofuranosa), en cuyo caso hablamos de Ribonucleósidos, o bien 2-D-Desoxirribosa (2-D-Desoxirribofuranosa), constituyendo los Desoxirribonucleósidos. Esto nos introduce ya la distinción básica entre DNA (constituído por desoxirribonucleótidos) y RNA (por ribonucleótidos).
Todos los nucleósidos son del tipo anomérico b. Podemos ver como ejemplo la estructura de la Adenosina que es el ribonucleósido correspondiente a la base adenina (esto es, la beta-D-ribofuranosil adenina):
Los átomos de la pentosa se numeran como 1', 2', 3', 4' y 5', para diferenciarlos de los átomos de la base. Estos átomos son 1':
El enlace glicosídico permite la rotación de la base, originando distintas conformaciones. La adenosina aquí representada aparece en la conformación anti-, en la que el anillo furanósico de la pentosa y el anillo purínico están a lados contrarios del enlace glicosídico.
Ocasionalmente, y en particular en el DNA-Z, la base se sitúa en conformación syn- en la que base y pentosa aparecen del mismo lado del enlace glicosídico:
Veremos en la siguiente tabla las estructuras de los distintos Ribonucleósidos. Obsérvese la nomenclatura: se utiliza el sufijo osina sobre el nombre radical de la base en el caso de las purinas, y el sufijo -idina en el de las pirimidinas. El ribonucleósido de timina recibe el nombre de ribotimidina. Por su parte, el ribonucleósido de hipoxantina recibe el nombre de inosina.
Nucleósidos pirimidínicos |
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Nucleósidos purínicos |
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Por su parte, los desoxinucleósidos se denominan con el prefijo desoxi- delante del nombre del nucleósido. Se exceptúa el desoxirribonucleósido de timina, que recibe el nombre de timidina. Sus estructuras se presentan a continuación:
Desoxinucleósidos pirimidínicos |
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Desoxinucleósidos purínicos |
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Nucleótidos
Cuando un grupo ortofosfato se esterifica a alguno de los -OH de la pentosa de un nucleósido, la estructura resultante se llama nucleótido. En los ribonucleósidos, el ortofosfato puede esterificarse en tres posiciones distintas: 2', 3' y 5'. Veamos un ejemplo con los monofosfatos de adenosina:
Adenosina 5'-monofosfato (AMP)
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Adenosina 3'-monofosfato (3'-AMP)
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Adenosina 2'-monofosfato (2'-AMP)
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Adenosina 3',5'-monofosfato cíclico (cAMP)
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En este último caso, el fosfato esterifica simultáneamente a los hidroxilos en 3' y 5'. En ese caso reciben el nombre de nucleótidos cíclicos.
Hasta ahora hemos visto los nucleótidos formados por un ortofosfato. Muy a menudo, sin embargo, aparecen entre las biomoléculas nucleótidos formados con un polifosfato. Veamos los polifosfatos de adenosina:
Adenosina 5'-monofosfato (AMP)
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Adenosina 5'-difosfato (ADP)
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Adenosina 5'-trifosfato (ATP)
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En lo que se refiere a los desoxinucleótidos, la diferencia es que no pueden formarse en el carbono 2' por no haber grupo -OH. Sólo puede haber 3' y 5'-desoxinucleótidos. Veremos a título de ejemplo los desoxinucleótidos de las cuatro bases que forman parte del DNA:
Desoxiadenosina 5'-monofosfato (dAMP)
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Desoxiguanosina 5'-monofosfato (dGMP)
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Desoxicitidina 5'-monofosfato (dCMP)
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Timidina 5'-monofosfato (TMP)
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