Estructura de nucleótidos | Una visión detallada y su significado.

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Estructura de nucleótidos | Una visión detallada y su significado.

Contenido

Excepto en algunos virus, el ADN se encuentra de manera ubicua en las formas vivas (excepto los virus de ARN) y actúa como material genético en casi todas las formas vivas. Los nucleótidos se consideran componentes básicos para la síntesis de ácidos nucleicos (ARN y ADN). Además de participar en la síntesis de ácidos nucleicos, los nucleótidos también participan en varias otras funciones celulares dependiendo de sus propiedades químicas y estructurales.

Términos y conceptos clave

ARN (ácido ribonucleico): está presente en todas las células que exhiben actividades metabólicas. Se produce a partir del ADN y participa en la síntesis de proteínas según las instrucciones dadas por el ADN. El ARN actúa como mediador entre la información genética y su expresión. Como el orden de expresión de la información genética es de ADN -> ARN -> Proteínas.

ADN (ácido desoxirribonucleico): el ADN se encuentra de manera ubicua en casi todos los organismos vivos. El ADN puede auto-replicarse y sintetizar sus copias. Sin embargo, este proceso de replicación es iniciado y completado por una enzima ADN polimerasa. El ADN transporta información genética y se encuentra en casi todas las células de nuestro cuerpo (ausente en los glóbulos rojos). El ADN tiene una estructura como una doble hélice.

Monómero: Un monómero es una unidad (monómero; "mono" significa uno) que se une a otras unidades similares para producir una unidad más grande (polímero).

Polímero: Un polímero es una unidad más grande (polímero; "poli" significa muchas) o una unidad formada como resultado de la asociación de unidades más pequeñas (monómeros).

Purinas: Una estructura de base nitrogenada de doble anillo se conoce como purina (Guanina y Adenina)

Pirimidina: Una estructura de base nitrogenada anillada única se conoce como pirimidina (Uracilo, Timina y Citosina)

Las pirimidinas y purinas son las bases nitrogenadas constituyentes que se encuentran en el ADN y el ARN.

¿Qué es un nucleótido? | ¿De qué están hechos los nucleótidos?

Los nucleótidos son las unidades monoméricas que se combinan para formar moléculas más grandes (polímeros) como el ARN y el ADN. Los nucleótidos sirven como la unidad básica estructural y fundamental de una cadena de polinucleótidos. Los nucleótidos son responsables de la síntesis del material genético en todas las formas de vida de este planeta.

Independientemente del organismo y el lugar de aparición, el nucleótido contiene tres componentes químicos básicos, que son los siguientes:

  • Grupo fosfato (al menos uno)
  • Azúcar pentosa (azúcar de cinco carbonos que puede ser ribosa o desoxirribosa)
  • Base nitrogenada (pirimidina de purina)
estructura de nucleótidos
Figura: Estructura de nucleótidos y diferencia básica entre mono, di y trifosfatos de nucleótidos https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Nucleotide_nucleoside_general_vi.svg

Los nucleótidos se unen para producir cadenas de polinucleótidos o ácidos nucleicos, a menudo consideradas como cadenas de ADN.

En ocasiones, los nucleótidos actúan de forma independiente (expresión génica) o se involucran en otros procesos celulares (catálisis y señalización).

Estructura de nucleótidos | Monómero de nucleótidos

Para comprender el funcionamiento diverso del nucleótido, debemos centrarnos en la forma en que se construyen y cómo se combinan para convertirse en ácido nucleico. 

Bases de nucleótidos (bases nitrogenadas)

Los nucleótidos se diferencian y clasifican en función de la presencia de diferentes bases nitrogenadas. En general, hay cinco tipos de bases nitrogenadas que se encuentran en el genoma de cada organismo.

  • Uracilo
  • Timina
  • guanina
  • Citosina
  • Adenina

La denominación de un nucleótido está determinada por la base nitrogenada y el número de grupos fosfato presentes en ella. Digamos, por ejemplo, si un nucleótido contiene guanina y un grupo fosfato, entonces el nucleótido se llamará monofosfato de guanosina (GMP). Aquí, guanosina se refiere a Guanine, y monofosfato se refiere al fosfato único presente en las BPF. 

Las bases nitrogenadas se clasifican en términos generales sobre la base del número de anillos presentes en dos tipos, a saber, purinas y pirimidinas. Las purinas incluyen adenina y guanina (se llaman adenosina y guanosina respectivamente cuando están presentes en el ADN o el ARN. Su nombre generalmente termina con el sufijo "seno"). Por el contrario, las pirimidinas incluyen timina, citosina y uracilo (se denominan timidina, citidina y uridina, respectivamente, cuando están presentes en el ADN o el ARN. Su nombre generalmente termina con el sufijo "dine").

Adenina (A): La adenina es una base nitrogenada de purina con una fórmula química C5H5N5. El nucleótido que contiene adenina se conoce como adenosina. La adenina se une a la timina con la ayuda de dos enlaces de hidrógeno. Estas interacciones ayudan a estabilizar la estructura del ADN o ARN. La adenina también está presente en ATP (Trifosfato de adenosina), que está involucrado en varios procesos celulares y reacciones impulsadas por la energía.

Figura: Estructura de la adenina, una base nitrogenada de purina
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Adenine.svg

Citosina (C): es una base nitrogenada de pirimidina con una fórmula química C4H5N3O. El nucleótido que contiene citosina base se conoce como citidina. Tiene un anillo aromático heterocíclico de seis miembros. La citosina se empareja con la guanina con la ayuda de tres enlaces de hidrógeno. Estas interacciones ayudan a estabilizar la estructura del ADN o ARN. La forma de nucleótido libre de la citosina a menudo participa en la catálisis de reacciones como la conversión de ADP en ATP.

Figura: Estructura de la citosina, una base nitrogenada de pirimidina
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Cytosine_chemical_structure.svg

Guanina (G): La guanina es una base nitrogenada de purina que tiene una fórmula química C5H5N5O. El nucleótido que contiene guanina se conoce como guanosina. La guanina es una estructura de doble anillo con enlaces dobles, simples conjugados, y forma tres enlaces de hidrógeno con la citosina y estabiliza la estructura del ADN.

Figura: Estructura de la guanina, una base nitrogenada de purina
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Guanine.svg

Timina (T): Es una base nitrogenada de pirimidina con una fórmula química C5H6N2O2. El nucleótido que contiene una base de timina se conoce como timidina. Parece un anillo fusionado y forma dos enlaces de hidrógeno con la adenina, lo que ayuda a estabilizar la estructura del ADN. 

Figura: Estructura de la timina, una base nitrogenada de pirimidina
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Thymine_(structural_formula).png#/media/File:Thymine_(structural_formula).png

Uracilo (U): es una base nitrogenada de pirimidina que se encuentra exclusivamente en el ADN. Actúa como un ácido débil y tiene una fórmula química C4H4N2O2. El nucleótido que contiene uracilo se conoce como uridina. El uracilo se diferencia de la timina solo por la ausencia de un grupo metilo; por tanto, su estructura es similar a la de la timina.

Figura: Estructura del uracilo, una base nitrogenada de pirimidina que se encuentra exclusivamente en el ARN
https://www.flickr.com/photos/71728339@N03/6480986657

Azúcar pentosa (monosacáridos)

El azúcar pentosa es un elemento esencial en la formación de un nucleótido, mientras que también proporciona una columna vertebral para la estructura de los ácidos nucleicos. El azúcar pentosa contiene cinco átomos de carbono. Los nucleótidos tienen dos tipos de azúcares pentosa:

  • Desoxirribosa (que se encuentra en el ADN)
  • Ribosa (que se encuentra en el ARN)
Figura: Estructura de Ribosa (izquierda) y desoxirribosa (derecha). En la estructura de la desoxirribosa, falta un átomo de oxígeno https://commons.wikimedia.org/wiki/File:The_difference_between_ribose_and_deoxyribose.png

Grupo fosfato 

Los grupos fosfato presentes en los nucleótidos se derivan del ácido fosfórico. Tiene una fórmula general de (PO4)3- y se encuentra en los nucleótidos como mono, di o trifosfatos. El nucleótido que contiene uno, dos y tres fosfatos es monofosfato, difosfato y trifosfato.

El nombre exacto de los nucleótidos se realiza considerando el azúcar, la base nitrogenada y el número de grupos fosfato presentes. Por ejemplo, ATP es trifosfato de adenosina mientras que dGDP es difosfato de desoxiguanosina. La letra "d" en el nombre del nucleótido indica la presencia de azúcar desoxirribosa en el nucleótido.

Figura: Estructura del grupo fosfato. La presencia de grupo fosfato es el criterio para diferenciar entre nucleósido y nucleótido https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Phosphat-Ion.svg

¿Qué hacen los nucleótidos?

El ADN y el ARN de un individuo generalmente están formados por cadenas de ácidos nucleicos (polinucleótidos). La expresión génica dentro de las células de los organismos cambia constantemente cada vez, y las células del organismo crecen y mueren simultáneamente.

Los nucleótidos juegan un papel clave durante todo este proceso.

  • Los nucleótidos regulan el proceso en combinaciones como en los ácidos nucleicos.
  • Los nucleótidos también regulan el proceso metabólico mientras están presentes en forma libre (no asociados con el ácido nucleico).

Cuando los nucleótidos forman una estructura de doble hélice de ADN, forman un apareamiento de bases complementarias entre los nucleótidos presentes en las cadenas polinucleotídicas opuestas. 

La regla del pulgar de la complementariedad es que la purina presente en una cadena de bases se empareja con la pirimidina complementaria presente en la otra cadena (pares de guanina con citosina y pares de adenina con timina). 

  • Las purinas incluyen guanina y adenina.
  • Las pirimidinas incluyen uracilo, timina y citosina

Nucleótidos de ADN

Los siguientes son los nucleótidos que forman el ADN:

Trifosfato de desoxiguanosina (dGTP): Es un nucleótido de purina compuesto por tres grupos fosfato, azúcar desoxirribosa y una base de guanina.

Trifosfato de desoxitimidina (dTTP): Es un nucleótido de pirimidina compuesto por tres grupos fosfato, azúcar desoxirribosa y una base de timina.

Trifosfato de desoxicitidina (dCTP): Es un nucleótido de pirimidina formado por tres grupos fosfato, azúcar desoxirribosa y una base de citosina.

Trifosfato de desoxiadenosina (dATP): Es un nucleótido de purina compuesto por tres grupos fosfato, azúcar desoxirribosa y una base de adenina.

Nucleótidos de ARN

Los siguientes son los nucleótidos que producen ARN:

Trifosfato de guanosina (GTP): Es un nucleótido de purina formado por tres grupos fosfato, un azúcar ribosa y una base de guanina.

Trifosfato de uridina (UTP): Es un nucleótido de pirimidina compuesto por tres grupos fosfato, un azúcar ribosa y una base de uracilo.

Trifosfato de citidina (CTP): Es un nucleótido de pirimidina formado por tres grupos fosfato, un azúcar ribosa y una base de citosina.

Trifosfato de adenosina (ATP): Es un nucleótido de purina formado por tres grupos fosfato, un azúcar ribosa y una base de adenina.

Nucleótidos libres

Solo los nucleótidos trifosfatos se entrelazan para formar ácidos nucleicos, los nucleótidos monofosfatos y nucleótidos difosfatos no se incorporan en las cadenas de polinucleótidos y están presentes en la célula como nucleótidos libres. Sin embargo, los nucleótidos mono y difosfato están involucrados en otros procesos celulares esenciales y en el metabolismo. Los nucleótidos libres también actúan como coenzimas para varias enzimas para la catálisis de reacciones bioquímicas. 

Digamos, por ejemplo, que el ATP actúa como una molécula rica en energía y como una coenzima para muchas reacciones bioquímicas. A menudo se necesita ATP para iniciar una variedad de reacciones bioquímicas dentro de nuestro cuerpo. 

Los nucleótidos libres también tienen un papel en la apoptosis celular. Los cambios en los nucleótidos activan la maquinaria proteasomal de la célula, que conduce a la célula hacia la muerte celular programada, también conocida como apoptosis. La apoptosis es un fenómeno importante que tiene lugar dentro de nuestro cuerpo. Proporciona a nuestro cuerpo una forma adecuada y lo previene de diversas enfermedades genéticas.

Conclusión

En este artículo hemos hablado en detalle sobre la estructura de los nucleótidos. Tienen un papel crucial en la formación del material genético (ADN y ARN). Sin embargo, también juegan un papel en la descomposición y degradación de los componentes celulares dañados que se discutirán en nuestras próximas publicaciones. 

Entrevista de preguntas y respuestas relacionadas con este tema

P1 ¿Nombra los cuatro tipos de nucleótidos?

Respuesta Hay cinco tipos de nucleótidos presentes colectivamente en el ADN y el ARN. A saber: adenina, guanina, timina, citosina y uracilo. De los cuales, la adenina, guanina y citosina son comunes entre el ADN y el ARN. Mientras que el ADN contiene timina, y el ARN contiene uracilo en lugar de timina.

P2 ¿Nombra los tres componentes de un nucleótido?

Respuesta Un nucleótido contiene tres componentes estructurales (bloques de construcción), que son los siguientes:

  • una base nitrogenada [purina (adenina y guanina) o pirimidina (timina y citosina)], 
  • un azúcar de cinco carbonos (azúcar ribosa en el caso de ARN y azúcar desoxirribosa en el caso de ADN) 
  • y un grupo fosfato.

P3 ¿Cuál es la función de los nucleótidos?

Respuesta La función principal de un nucleótido es construir ADN y ARN, que almacena la información genética de un organismo. Los nucleótidos también participan en las vías de señalización celular (el AMPc actúa como mensajero secundario). Los nucleótidos como el ATP y el GTP a menudo participan en los mecanismos del cuerpo impulsados ​​por la energía. Algunos de los nucleótidos como NAD, NADH, NADP, NADPH, etc., a menudo actúan como cofactores de las enzimas que llevan a cabo varios procesos metabólicos.

P4 ¿Dónde se encuentran los nucleótidos?

Respuesta Los nucleótidos están abundantemente presentes en el núcleo de la célula, ya que son los componentes básicos del ADN o ARN. Algunos nucleótidos están presentes en el citoplasma, ya que también participan en las vías bioquímicas. Por último, los nucleótidos implicados en las vías de señalización celular también están presentes en entornos extracelulares.

P5 ¿El ADN es un nucleótido?

Respuesta El ADN comprende una gran cantidad de nucleótidos. Por tanto, se le conoce como polinucleótido. 

P6 ¿Qué es un diagrama de nucleótidos?

Respuesta Para obtener detalles sobre la estructura de nucleótidos Haga click aquí

P7 ¿Cómo se forma el nucleótido?

Respuesta La formación de nucleósidos es el paso principal en la formación de nucleótidos. Un nucleósido se sintetiza después de que un azúcar pentosa se une con una base nitrogenada a través de un enlace N-glicosídico. El nucleósido formado reacciona con un grupo fosfato y se somete a una reacción de esterificación para producir nucleótidos. Químicamente, un nucleótido es un éster fosfato del nucleósido.

Q8 nucleótido vs nucleósido

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

P9 ¿Qué nucleótidos se empareja con la citosina?

Respuesta La guanina forma un par de bases complementarias con la citosina. La guanina forma tres enlaces de hidrógeno con la citosina. Este emparejamiento de bases de guanina y citosina es una fuerza estabilizadora importante en el ADN.

Q10 Nombre ¿El nucleótido no se encuentra en el ARN?

Respuesta La timina no se encuentra en el ARN. El uracilo solo se encuentra en el ARN como reemplazo de la timina. La timina participa en los mecanismos de reparación, pero no se requiere tal mecanismo de reparación en el ARN. Por lo tanto, el ARN contiene uracilo en lugar de timina.

P11 ¿Qué nucleótido siempre está emparejado con la timina?

Respuesta La adenina siempre se combina con la timina. El par de bases complementarias de la timina es la adenina en el sistema biológico. La adenina de una hebra de ADN forma dos enlaces de hidrógeno con la timina de otra hebra de ADN que contribuye a estabilizar el ADN.

P12 ¿Dónde se encuentra el nucleótido en la célula?

Respuesta los nucleótidos se encuentran en todo el protoplasma de la célula. Pero se encuentra abundantemente en el núcleo. Los nucleótidos también se encuentran en el citoplasma y entornos extracelulares.

P13 ¿dónde está el nucleótido en una hebra de ADN?

Respuesta La hebra de ADN se conoce como hebra de polinucleótidos; por lo tanto, está formado por múltiples unidades de nucleótidos. Los nucleótidos se encuentran en todo el ADN.

Q14 ¿Qué nucleótido se emparejará con la guanina?

Respuesta La citosina presente en la otra hebra de ADN forma un par de bases complementarias con la guanina. Se forman tres enlaces de hidrógeno entre la citosina de una hebra de ADN y la guanina de otra hebra de ADN.

Q16. Nombra los tres componentes de un solo nucleótido.

Respuesta Los tres componentes básicos de un solo nucleótido incluyen: una base nitrogenada (purina o pirimidina), un azúcar ribosa (ribosa o desoxirribosa) y un grupo fosfato.

Q18. ¿Cómo se pueden comparar y contrastar bases nucleotídicas y nitrogenadas?

Respuesta El nucleótido es la unidad fundamental de los ácidos nucleicos (ADN / ARN) que incluye la base nitrogenada, el azúcar ribosa y el grupo fosfato. Mientras que el nitrógeno en sí es uno de los componentes del nucleótido.

Q19. ¿Qué significa análogo de nucleótido?

Respuesta Los análogos de nucleótidos son los derivados de nucleótidos estándar o moléculas estructuralmente similares que se parecen a los nucleótidos, pero no realizan la función que suelen realizar los nucleótidos.

Q20. ¿Qué partes del nucleótido del ADN son las más importantes?

Respuesta Los nucleótidos se caracterizan en función de la presencia de un tipo de base nitrogenada. Por tanto, la base nitrogenada es la parte más importante de un nucleótido. El ADN almacena información genética en forma de secuencia de nucleótidos. La presencia de diferentes bases nitrogenadas se encarga de realizar combinaciones y secuencias en el ADN.

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.

Conectémonos a través de LinkedIn (https://www.linkedin.com/in/abdullah-arsalan-a97a0a88/) o Google Scholar (https://scholar.google.co.in/citations?user=AeZVWO4AAAAJ&hl=en).

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