Nucleósido | Sus importantes propiedades estructurales con 10 preguntas frecuentes

Nucleósido | Sus importantes propiedades estructurales con 10 preguntas frecuentes

Contenido

¿Qué es el nucleósido?

Los dos componentes estructurales del nucleósido son una base nitrogenada (también conocida como nucleobase) y un azúcar ribosa de cinco carbonos (ribosa en el ARN y desoxirribosa en el caso del ADN). Debido a la base nitrogenada y los restos de azúcar, los nucleósidos a menudo se consideran glicosaminas.

Estructura de nucleósidos | nucleótido de base nucleósido | Nucleósido de ADN | difosfato de nucleósido

La base nitrogenada presente en el nucleósido podría ser purina o pirimidina. Estas bases nitrogenadas se unen al azúcar ribosa en posiciones fijas. Las purinas están vinculadas al azúcar ribosa a través de un enlace glicosídico a través de su trabajo N9, mientras que las pirimidinas se unen a través de su posición N1.

El carbono anomérico (el átomo de carbono asociado con el grupo carbonilo del aldehído y la cetona) del azúcar ribosa forma un enlace glicosídico con la base nitrogenada.

Nucleósido
Figura: Nucleósido desoxiadenosina https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Desoxyadenosin.svg

Tipos de nucleósidos

En nuestro cuerpo se sintetizan seis tipos básicos de nucleósidos

  • Adenosina
  • Guanosina
  • Timidina
  • Citidina
  • Uridina
  • Inosina

Nucleósido vs nucleótido | nucleósido 5 monofosfato | monofosfato de nucleósido

La forma más sencilla de diferenciar entre un nucleótido y un nucleósido es la siguiente:

Nucleósido = base nitrogenada + azúcar ribosa

Nucleótido = base nitrogenada + azúcar ribosa + grupo fosfato

Nota importante: Todos los enlaces entre las especies constituyentes (base, azúcar y grupo fosfato) son puramente covalentes. El azúcar ribosa se encuentra en la posición media (unido covalentemente a la base nitrogenada en un lado y al grupo fosfato en el otro lado) dentro de un nucleótido. 

Los ácidos nucleicos (ADN; ácido desoxirribonucleico, ARN; ácido ribonucleico) que se encuentran en cada organismo son polímeros químicamente de nucleótidos. 

Un nucleósido es el nucleótido que carece de un grupo fosfato.

Un nucleósido se puede convertir en un nucleótido simplemente mediante un proceso de fosforilación (adición de un grupo fosfato). Además, el nucleótido se puede convertir en nucleósido mediante el proceso de desfosforilación (eliminación de un grupo fosfato).

CaracteristicasNucleósidosLos nucleótidos
PapelCapaz de formar nucleótidos mediante el proceso de fosforilación.Son las unidades monoméricas de los ácidos nucleicos (ADN o ARN) presentes en casi todas las células de un organismo.
Composición estructuralEstán compuestos por un azúcar ribosa y una base nitrogenada.Están compuestos por un azúcar ribosa, una base nitrogenada y un grupo fosfato.
Importancia fisiológicaTienen un inmenso potencial anti-viral y anti-cancerígeno.Cualquier cambio en la secuencia o estructura de los nucleótidos puede dar lugar a diversas mutaciones en un organismo que pueden resultar en varias anomalías (ausencia de una proteína o de una enzima que altere la fisiología).
Tabla: Diferencia entre nucleósido y nucleótido

Nucleósido trifosfato

Los nucleósidos trifosfatos son sustancias químicas que contienen una base nitrogenada (purina o pirimidina), una molécula de azúcar de cinco carbonos (desoxirribosa o ribosa) y tres grupos fosfato. Los trifosfatos de nucleósidos sirven como unidad monomérica para sintetizar ácidos nucleicos (ADN o ARN).

Los nucleósidos trifosfatos están involucrados en las vías de señalización celular. También actúan como una fuente de energía para llevar a cabo funciones vitales del cuerpo (ATP; el trifosfato de adenosina es un trifosfato de nucleósido denominado moneda de energía de la célula).

Los nucleósidos trifosfatos generalmente se forman dentro de las células de nuestro cuerpo, ya que tienen una absorción intestinal muy pobre. 

Figura: Purinas y pirimidinas forman nucleósidos mono, di y trifosfatos https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c4/Figure_14_02_01.jpg

Los nucleósidos se pueden convertir en nucleótidos mediante el proceso de fosforilación facilitado por la acción de quinasas celulares específicas. En la fosforilación, el grupo fosfato se agrega al grupo alcohol primario del azúcar ribosa.

Trifosfato de desoxirribosa nucleósido | nucleósido 5 trifosfato | replicación del adn nucleósido trifosfato

Los nucleósidos trifosfatos que contienen desoxirribosa se conocen como desoxirribonucleósido trifosfato (dNTP). Antes de incorporarse al ADN, se escinden los dos grupos fosfato del nucleósido trifosfato. El nucleósido monofosfato (nucleótido) resultante entra en el fragmento de ADN en síntesis durante la replicación del ADN.

En general, hay cinco tipos de nucleótidos que se encuentran en el ADN o ARN.

  •            trifosfato de desoxiuridina (dUTP) se encuentra exclusivamente en el ARN
  •            trifosfato de desoxitimidina (dTTP) se encuentra solo en el ADN
  •            El trifosfato de desoxiguanosina (dGTP) se encuentra tanto en el ADN como en el ARN
  •            El trifosfato de desoxicitidina (dCTP) se encuentra tanto en el ADN como en el ARN
  •            El trifosfato de desoxiadenosina (dATP) se encuentra tanto en el ADN como en el ARN

Los nucleósidos trifosfatos de desoxirribosa mencionados anteriormente se encuentran abundantemente en el genoma de todos los organismos, mientras que algunos dNTP menos comunes se introducen en el ADN para diversos fines. Los dNTP menos comunes incluyen los nucleótidos artificiales y las formas tautoméricas de los dNTP de origen natural.

La incorporación de las formas tautoméricas de los dNTP en el ADN da como resultado el desajuste de los pares de bases durante el proceso de replicación del ADN. 

Suponga que la forma tautomérica de la citosina se incorpora al ADN en lugar de la citosina. En ese caso, la forma tautomérica de citosina forma tres enlaces con la adenina. Da como resultado un desajuste (la citosina forma un par de bases complementarias con la guanina, si forma un par con la adenina, entonces se considerará un desajuste). Este desajuste cambia la secuencia de pares de bases de ADN en el individuo y finalmente da como resultado una mutación. 

La timina se produce por desaminación de la 5-metilcitosina en eucariotas. También produce un desajuste que puede ser reconocido por la ADN polimerasa III y escindido por su actividad de exonucleasa principal 3 'a 5'. La actividad de exonucleasa también se conoce como actividad de corrección de pruebas que identifica el desajuste y lo reemplaza con el dNTP correcto.

Los cuatro tipos de dNTP (dGTP, dCTP, dTTP y dATP) están involucrados únicamente en el proceso de replicación y reparación del ADN. Se requiere el equilibrio adecuado y el apareamiento correcto de bases complementarias para la síntesis de ADN con precisión. 

Los dNTP mencionados anteriormente están presentes solo en cantidades minúsculas en una célula eucariota, suficiente para el proceso de replicación del ADN. Están presentes en pequeñas cantidades porque la enzima ribonucleótido reductasa (RNR) se activa solo cuando las células entran en la fase S del ciclo celular. RNR es responsable de convertir ribonucleótidos en desoxirribonucleótidos y difosfatos de ribonucleótidos en difosfatos de desoxirribonucleótidos. Un ligero aumento o disminución de las cantidades de estos dNTP puede provocar mutaciones en el ADN. 

La actividad de la enzima RNR está altamente regulada. La actividad de RNR está regulada alostéricamente por dATP. Se activa en presencia de dGTP, dTTP y dATP, y sufre una inhibición por retroalimentación por parte de dATP. La expresión de RNR y la actividad es relativamente baja en las células presentes en la fase G1 y en las células que no se dividen. La actividad de RNR y el nivel de expresión aumentan durante el proceso de reparación del ADN y la fase S del ciclo celular.

La actividad de RNR también está regulada por la estabilidad de las proteínas de la subunidad RNR, la transcripción de varios genes asociados con el ciclo celular y algunas proteínas inhibidoras específicas de RNR.

Además de su función en la síntesis de ADN, la adenosina-5-trifosfato, junto con otros nucleósidos-5-trifosfatos, actúa como sustrato en las reacciones catalizadas por enzimas del proceso metabólico central. 

¿El ATP es un nucleósido?

Una molécula de ATP tiene tres componentes estructurales: una base nitrogenada (adenina), un azúcar ribosa y tres grupos fosfato; por tanto, es un nucleótido. El ATP o adenosina-5-trifosfato es la molécula principal para transferir y almacenar energía para los procesos celulares (por lo tanto, llamada moneda de energía). Dentro del enlace pirofosfato (enlace de alta energía presente en el ATP), la energía se almacena, se utiliza para las reacciones metabólicas celulares, el transporte activo y otros procesos celulares que consumen energía.

Todo organismo consume alimentos para obtener energía a través del proceso de respiración. Esta energía recibida se almacena en forma de ATP. Mientras que las plantas transforman la energía de la luz en energía química, esta energía también se almacena y se utiliza en el ATP. 

Los tres grupos fosfato se unen mediante enlaces fosfoanhídrido (enlaces de alta energía). Ruptura del enlace fosfoanhídrido mediante el proceso de hidrólisis para liberar energía. El mismo curso de reacción de la hidrólisis de ATP se menciona a continuación:

ATP -> ADP + Pi + Energía

Además, el ADP (difosfato de adenosina) también tiene un enlace fosfoanhídrido; por lo tanto, también puede someterse a hidrólisis para liberar más energía. El mismo curso de reacción de la hidrólisis de ADP se menciona a continuación:

ADP -> AMP + Pi + Energía

El AMP (monofosfato de adenosina) formado en la reacción no puede sufrir hidrólisis porque carece de un enlace fosfoanhídrido. Este AMP se recicla nuevamente en ADP y ATP cuando la célula gana energía a través de la respiración. Las reacciones metabólicas celulares utilizan y reciclan AMP, ADP y ATP de forma continua. 

Nucleósido de guanina | nucleósido de desoxiguanosina | nucleótido nucleósido y ácido nucleico

Entre las cuatro nucleo-bases que se encuentran en el ARN o ADN, la guanina es una de ellas. La guanina forma un par de bases complementarias con la citosina de otra hebra de polinucleótidos mediante tres enlaces de hidrógeno. El nucleósido de guanina también se conoce como guanosina. La guanina es un derivado de purina de fórmula general C5H5N5O. La guanina contiene anillos de imidazol y pirimidina fusionados mediante dobles enlaces conjugados. La molécula bicíclica de guanina es un cepillo debido a su disposición insaturada.

La desoxiguanosina es uno de los cuatro desoxirribonucleósidos constituyentes que se encuentran en el ADN. la desoxiguanosina se compone de guanina base nitrogenada (nucleobase de purina) y azúcar desoxirribosa de cinco carbonos. La base de guanina está unida a través del átomo de nitrógeno N9 al átomo de carbono C1 del azúcar desoxirribosa. 

La desoxiguanosina tiene una estructura básica similar a la guanosina, pero en la posición 2 'del azúcar ribosa, falta el grupo hidroxilo (conocido como desoxirribosa). La desoxiguanosina forma monofosfato de desoxiguanosina cuando un grupo fosfato se une a la posición 5 'del azúcar desoxirribosa presente en la desoxiguanosina.

Nucleósido difosfato quinasa

También se conoce como nucleósido difosfoquinasa o polinucleótido quinasa. Es una proteína homo-hexamérica (que consta de 6 subunidades idénticas) compuesta por 152 aminoácidos. Tiene 17.7 kilodaltons (KDa) (un dalton es igual a una unidad de masa atómica). Esta enzima se encuentra en las mitocondrias y el citoplasma. 

El nucleósido difosfato quinasa cataliza la transferencia reversible del grupo fosfato entre diferentes nucleósido difosfato (NDP) y nucleósido trifosfato (NTP). El nucleósido trifosfato dona el grupo fosfato (donante) mientras que el nucleósido difosfato acepta el grupo fosfato (aceptor).

La reacción catalizada por nucleósido difosfato quinasa sigue un mecanismo de ping pong.

YDP + ZTP -> YTP + ZDP

Aquí, Y y Z representan diferentes bases nitrogenadas

Figura: Estructura cristalina de la nucleósido difosfato quinasa
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:NDPK_structure_.jpg

El equilibrio entre diferentes nucleósidos trifosfatos se mantiene mediante nucleósido difosfato quinasa; también afecta la expresión génica, la endocitosis, la transducción de señales y otros procesos celulares. 

Transportador concentrado de nucleósidos

Los transportadores de nucleósidos concentrados comprenden tres proteínas estructurales en humanos que son, a saber, SLC28A1, SLC28A2 y SLC28A3. SLC28A2 es el cotransportador del nucleósido de Na + específico de purina entre estas tres proteínas constituyentes. El transportador concentrado de nucleósidos se encuentra en la membrana canalicular biliar. Sin embargo, SLC28A1 transporta selectivamente nucleósidos de adenosina y pirimidina. SLC28A1 es un transportador de nucleósidos dependiente de sodio. SLC28A1 también participa en el transporte de análogos de nucleósidos antivirales como zalcitanina, zidovudina, etc.

Alpha mem sin nucleósidos

El medio esencial mínimo alfa (MEM-α) se usa ampliamente para las células transfectadas negativas para DHFR (dihidrofolato reductasa) y el cultivo de células de mamíferos. El MEM-α puede usarse con células de mamífero adherentes, células de melanoma humano, astrocitos primarios de rata, queratinocitos y diversas suspensiones. MEM-α se modifica habitualmente para diversos fines para sus extensas aplicaciones de cultivo celular.

Las modificaciones generales realizadas en MEM- α son las siguientes:

  •            MEM- α se usa a menudo con L-glutamina y rojo fenol
  •            La L-glutamina también se puede usar sin desoxirribonucleósidos y ribonucleósidos

El medio esencial mínimo (MEM) se modifica agregando ácido ascórbico, biotina, vitamina B12, ácido lipoico, piruvato de sodio y otros aminoácidos no esenciales para producir MEM-α. 

MEM-α sin nucleósidos también está disponible como medio selectivo para células DHFR negativas y células DG44 [derivadas de células de ovario de hámster chino (CHO)].

MEM-α está compuesto por sales de Earle (sales de calcio y magnesio, tampón de bicarbonato y rojo de fenol) y no contiene factores de crecimiento, lípidos ni proteínas. Por lo tanto, MEM-α requiere un 10% de suplementación con FBS (suero fetal bovino) para un crecimiento celular adecuado. MEM-α también necesita un entorno de CO5 del 10 al 2% para mantener el pH fisiológico del medio de cultivo y un sistema tampón de bicarbonato. 

Conclusiones

En este artículo se analiza la estructura básica de los nucleósidos junto con su importancia como medio de crecimiento.

Preguntas Frecuentes

Q1 ¿Qué son los nucleótidos y los nucleósidos?

Respuesta La diferencia más básica entre un nucleótido y un nucleósido es la presencia de un grupo fosfato. El nucleósido tiene una base nitrogenada y un azúcar ribosa, mientras que un nucleótido tiene una base nitrogenada, un azúcar ribosa y un grupo fosfato.

 P2 ¿Cuál es la función principal del ácido nucleico?

Respuesta la función principal de los ácidos nucleicos es almacenar toda la información genética de un organismo. 

El ácido nucleico también es responsable de transmitir información genética de padres a hijos.

P3 ¿Cuáles son las tres funciones principales de los ácidos nucleicos?

Respuesta Las tres funciones principales de los ácidos nucleicos son las siguientes:

  • Almacena información genética
  • Transmite información genética de padres a hijos.
  • Participa en la síntesis de ARN, que tiene un papel directo en la síntesis de proteínas.

Q4 ¿Usos de los nucleósidos trifosfatos?

Respuesta Los nucleósidos trifosfatos o nucleótidos (nucleósidos fosforilados) sirven como unidades monoméricas para la síntesis de ADN o ARN mediante el proceso de replicación y transcripción, respectivamente. Los trifosfatos de nucleósidos también tienen un papel en la señalización celular y las reacciones metabólicas.

P5 ¿Enumere los nucleósidos que se sintetizan comúnmente dentro de nuestro cuerpo?

Respuesta Hay seis tipos de nucleósidos fundamentales que se sintetizan en nuestro cuerpo. La inosina, uridina, citidina, timidina, guanosina y adenosina son los nucleósidos más sintetizados en nuestro cuerpo.

P6 ¿Cómo se transportan los nucleósidos?

Respuesta Los nucleósidos se transportan a través de transportadores de nucleósidos concentrados. Algunos de los nucleósidos alcanzan su objetivo a través del cotransporte, como en el transporte a través de SLC28A2. Mientras que SLC28A1 transporta selectivamente nucleósidos de pirimidina y adenina.

P7 ¿La función de la nucleósido difosfato quinasa?

Respuesta El nucleósido difosfato quinasa cataliza la transferencia de grupos fosfato entre NTP (nucleósido trifosfato) y NDP (nucleósido difosfato). También se conoce como polinucleótido quinasa. El nucleósido difosfato quinasa cataliza una reacción mediante un mecanismo de ping-pong.

Q8 ¿Qué es MEM?

Respuesta El medio esencial mínimo (MEM) es ampliamente aceptado para células en crecimiento. Contiene un medio basal conocido como medio Eagle con nutrientes esenciales. MEM se utiliza para cultivar células en monocapas.     

P9 Por qué se usa FBS con MEM

Respuesta El MEM se usa a menudo con el 10% de FBS (suero fetal bovino) para complementar el crecimiento celular adecuado. A veces también requiere una atmósfera de CO5 al 10-2% para mantener el pH fisiológico adecuado.

Q10 Composición de MEM alpha

Respuesta El MEM alfa generalmente contiene L-glutamina, rojo de fenol, 10% de FBS (suero fetal bovino) y 5-10% de CO2 en ambiente. No incluye lípidos, proteínas ni factores de crecimiento. MEM también contiene sales de Earle (sales de calcio y magnesio con tampón de bicarbonato).

Sobre el Dr. Abdullah Arsalan

Soy Abdullah Arsalan, completé mi doctorado en Biotecnología. Tengo 7 años de experiencia en investigación. Hasta ahora he publicado 6 artículos en revistas de renombre internacional con un factor de impacto promedio de 4.5 y pocos más están en consideración. He presentado trabajos de investigación en diversos congresos nacionales e internacionales. Mi área temática de interés es la biotecnología y la bioquímica con especial énfasis en la química de proteínas, enzimología, inmunología, técnicas biofísicas y biología molecular.

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