Nucleótidos: Estructura, Funciones Esenciales y Formación de Ácidos Nucleicos

Los nucleótidos son las unidades fundamentales que forman los ácidos nucleicos, como el ADN y el ARN. En este sentido, equivalen a los monómeros que constituyen otras macromoléculas biológicas. Cada nucleótido está compuesto por tres elementos principales: una pentosa (un azúcar de cinco carbonos), una base nitrogenada y uno o más grupos fosfato.

Componentes de los Nucleótidos

La Pentosa

La pentosa siempre es una aldopentosa. Puede ser de dos tipos:

• β-D-ribofuranosa: En este caso, el nucleótido se denomina ribonucleótido (presente en el ARN).
• β-D-2-desoxirribofuranosa: Es el constituyente de los desoxirribonucleótidos (presente en el ADN).

Si la pentosa es la desoxirribosa, se coloca el prefijo "desoxi-" delante del nombre del nucleósido. Si es la ribosa, no se antepone ningún prefijo.

Las Bases Nitrogenadas

Las bases nitrogenadas pueden ser de dos tipos principales, derivadas de anillos heterocíclicos:

• Púricas: Derivadas de la purina. Las presentes en los ácidos nucleicos son la adenina (A) y la guanina (G).
• Pirimidínicas: Derivadas del anillo de pirimidina. Las presentes en los ácidos nucleicos son la citosina (C), la timina (T) (exclusiva del ADN) y el uracilo (U) (exclusivo del ARN).

La existencia de distintos radicales hace que puedan aparecer varias bases nitrogenadas. Estas bases pueden formularse mediante diferentes estructuras químicas, en las que la distribución de los átomos de hidrógeno y de los dobles enlaces es distinta (tautomería).

El Grupo Fosfato

La unión de uno o varios grupos fosfato al carbono 3' o al carbono 5' de la pentosa da lugar al nucleótido completo.

Nomenclatura de los Nucleótidos

La nomenclatura de los nucleótidos es sencilla: se elimina la última letra "a" del nombre del nucleósido (la unión de la pentosa y la base nitrogenada) y se indica a continuación el lugar de unión a la pentosa y el número de fosfatos unidos. Cuando existe más de un grupo fosfato, estos se unen en cadena, uno a continuación de otro. Como existen dos clases de pentosas y cinco bases nitrogenadas, pueden aparecer diez tipos de nucleósidos diferentes, y por ende, una gran variedad de nucleótidos.

Funciones Esenciales de los Nucleótidos

Moléculas Acumuladoras y Donantes de Energía (ATP/ADP)

Ciertas reacciones bioquímicas propias de los seres vivos tienen como finalidad la producción de energía. Algunos nucleótidos con más de un grupo fosfato desempeñan esta función crucial. Cuando existe energía disponible, una molécula de adenosín difosfato (ADP) la emplea en unir un tercer grupo fosfato a los otros dos para obtener adenosín trifosfato (ATP). De esta manera, el sistema ATP/ADP constituye una forma eficaz para almacenar y liberar la energía en reacciones biológicas exotérmicas. Aunque se usa con frecuencia la expresión "guardar energía", no es teóricamente correcta; la energía se emplea para formar un enlace de alta energía y posteriormente se libera de nuevo cuando este se rompe.

Adenosín Monofosfato Cíclico (AMPc): Segundo Mensajero

Esta molécula interviene en el desencadenamiento de las respuestas de la célula ante la información que recibe del medio extracelular. La unión de moléculas mensajeras (como hormonas o neurotransmisores) procedentes de otros lugares a determinados receptores específicos de la membrana plasmática activa la enzima adenilato ciclasa. El AMP cíclico actúa así como mediador entre la información externa y la respuesta final de la célula. Por esta razón, también se denomina segundo mensajero.

Moléculas con Función Coenzimática

Ciertos dinucleótidos intervienen como coenzimas en algunas reacciones enzimáticas importantes, facilitando la transferencia de electrones o grupos químicos. Ejemplos destacados incluyen:

• El nicotinamida adenina dinucleótido (NAD+): Es un derivado de la vitamina B3 o nicotinamida, fundamental en reacciones de óxido-reducción.
• El nicotinamida adenina dinucleótido fosfato (NADP+): Es semejante al NAD+, pero con un grupo fosfato adicional en el carbono 2' del nucleótido de adenina, importante en vías anabólicas.
• El flavín adenina dinucleótido (FAD): Es un derivado de la vitamina B2 o riboflavina, también clave en reacciones redox.

El Enlace Nucleotídico y la Formación de Polinucleótidos

La existencia de grupos hidroxilo tanto en la pentosa como en el fosfato permite la unión de los nucleótidos mediante la formación de enlaces entre ambos grupos. Esta unión es una esterificación que se realiza entre el grupo fosfato situado en posición 5' de un nucleótido y el grupo hidroxilo que se encuentra en el carbono 3' de otro nucleótido. Se trata, por tanto, de una condensación en la que se obtiene un compuesto denominado dinucleótido y se libera una molécula de agua. El nuevo enlace de tipo éster fosfórico se denomina enlace nucleotídico. La hidrólisis del dinucleótido libera los dos mononucleótidos.

La unión de cientos o miles de nucleótidos constituye cadenas de ácidos nucleicos o polinucleótidos, moléculas gigantescas que presentan una masa molecular muy elevada. Como la unión entre los nucleótidos se produce entre las pentosas y los fosfatos, las bases nitrogenadas no participan directamente en estos enlaces. Se establecen, por tanto, largas cadenas sin ramificar formadas por la secuencia repetitiva pentosa-fosfato-pentosa-fosfato, en la que las bases nitrogenadas quedan colgando lateralmente de las pentosas. Se suele emplear una notación simplificada para indicar la composición de un polinucleótido.