Nucleótido
Definición de nucleótido
Un nucleótido es una molécula orgánica que es el bloque de construcción del ADN y el ARN. También tienen funciones relacionadas con la señalización celular, el metabolismo y las reacciones enzimáticas. Un nucleótido está formado por tres partes: un grupo fosfato, un azúcar de 5 carbonos y una base nitrogenada. Las cuatro bases nitrogenadas del ADN son adenina, citosina, guanina y timina. El ARN contiene uracilo, en lugar de timina. Un nucleótido dentro de una cadena constituye el material genético de todos los seres vivos conocidos. También cumplen una serie de funciones fuera del almacenamiento de la información genética, como mensajeros y moléculas que mueven energía.
Una serie de tres nucleótidos dentro del ADN se conoce como codón, y dirige a las proteínas dentro de la célula para unir una proteína específica a una serie especificada por el resto del ADN. Los codones especiales incluso especifican a la maquinaria dónde parar e iniciar el proceso. La traducción del ADN, como se conoce, convierte la información del ADN en el lenguaje de las proteínas. Esta cadena de aminoácidos puede entonces plegarse correctamente, y proporcionar una de las muchas funciones dentro de la célula.
Estructura de los nucleótidos
La estructura de los nucleótidos es simple, pero la estructura que pueden formar juntos es compleja. A continuación se muestra una imagen del ADN. Esta molécula está formada por dos hebras que se envuelven entre sí, formando enlaces de hidrógeno en el centro de la estructura para su soporte. Cada nucleótido en su interior tiene una estructura específica que permite esta formación.
Base nitrogenada
La base nitrogenada es la parte central portadora de información de la estructura de los nucleótidos. Estas moléculas, que tienen diferentes grupos funcionales expuestos, tienen diferentes capacidades para interactuar entre sí. Como en la imagen, la idea de la disposición es la máxima cantidad de enlaces de hidrógeno entre los nucleótidos involucrados. Debido a la estructura del nucleótido, sólo un determinado nucleótido puede interactuar con otro. La imagen de arriba muestra a la timina uniéndose a la adenina, y a la guanina uniéndose a la citosina. Esta es la disposición adecuada y típica.
Esta formación uniforme provoca un giro en la estructura, y es suave si no hay errores. Una de las formas en que las proteínas son capaces de reparar el ADN dañado es que pueden unirse a puntos desiguales dentro de la estructura. Los puntos desiguales se crean cuando no se produce la unión de hidrógeno entre las moléculas de nucleótidos opuestas. La proteína cortará un nucleótido y lo sustituirá por otro. La naturaleza duplicada de las hebras genéticas asegura que errores como éste puedan ser corregidos con un alto grado de precisión.
Azúcar
La segunda porción del nucleótido es el azúcar. Independientemente del nucleótido, el azúcar es siempre el mismo. La diferencia está entre el ADN y el ARN. En el ADN, el azúcar de 5 carbonos es la desoxirribosa, mientras que en el ARN, el azúcar de 5 carbonos es la ribosa. Esto da nombre a las moléculas genéticas; el nombre completo del ADN es ácido desoxirribonucleico, y el del ARN es ácido ribonucleico.
El azúcar, con su oxígeno expuesto, puede unirse al grupo fosfato de la siguiente molécula. Entonces forman un enlace, que se convierte en la columna vertebral del azúcar-fosfato. Esta estructura añade rigidez a la estructura, ya que los enlaces covalentes que forman son mucho más fuertes que los enlaces de hidrógeno entre las dos hebras. Cuando las proteínas llegan a procesar y transponer el ADN, lo hacen separando las hebras y leyendo sólo un lado. Cuando pasan, las hebras de material genético vuelven a unirse, impulsadas por la atracción entre las bases nucleotídicas opuestas. La espina dorsal de azúcar-fosfato permanece conectada todo el tiempo.
Grupo fosfato
La última parte de la estructura de los nucleótidos, el grupo fosfato, es probablemente familiar por otra importante molécula ATP. El trifosfato de adenosina, o ATP, es la molécula de energía de la que depende la mayor parte de la vida en la Tierra para almacenar y transferir energía entre reacciones. El ATP contiene tres grupos fosfato, que pueden almacenar mucha energía en sus enlaces. A diferencia del ATP, los enlaces que se forman dentro de un nucleótido se conocen como enlaces fosfodiéster, porque se producen entre el grupo fosfato y la molécula de azúcar.
Durante la replicación del ADN, una enzima conocida como ADN polimerasa ensambla las bases nucleotídicas correctas, y comienza a organizarlas contra la cadena que está leyendo. Otra proteína, la ADN ligasa, termina el trabajo creando el enlace fosfodiéster entre la molécula de azúcar de una base y el grupo fosfato de la siguiente. Esto crea la columna vertebral de una nueva molécula genética, capaz de ser transmitida a la siguiente generación. El ADN y el ARN contienen toda la información genética necesaria para el funcionamiento de las células.
Ejemplos de nucleótidos
Adenina
La adenina es una purina, que es una de las dos familias de bases nitrogenadas. Las purinas tienen una estructura de doble anillo. En el ADN, la adenina se une a la timina. En el ARN, la adenina se une al uracilo. El trifosfato de adenosina, como ya se ha comentado, utiliza el nucleótido adenina como base. A partir de ahí, se pueden unir tres grupos fosfato. Esto permite almacenar una gran cantidad de energía en los enlaces. Por la misma razón que la columna vertebral del azúcar-fosfato es tan fuerte, los enlaces en el ATP también lo son. Cuando se combina con enzimas especiales que se han formado para liberar la energía, ésta puede transferirse a otras reacciones y moléculas.
Guanina
Al igual que la adenina, la guanina es un nucleótido de purina; tiene un anillo doble. Se une a la citosina tanto en el ADN como en el ARN. Como se ve en la imagen anterior, la guanina se une a la citosina mediante tres enlaces de hidrógeno. Esto hace que el enlace citosina-guanina sea ligeramente más fuerte que el enlace timina-adenina, que sólo forma dos enlaces de hidrógeno.
Citosina
Las pirimidinas son la otra clase de nucleótidos. La citosina es un nucleótido de pirimidina; sólo tiene un anillo en su estructura. La citosina se une a la guanina tanto en el ADN como en el ARN. Al unirse con el nucleótido guanina, los dos forman un par fuerte.
Timina
Al igual que el nucleótido citosina, la timina es un nucleótido pirimidínico y tiene un solo anillo. Se une a la adenina en el ADN. La timina no se encuentra en el ARN. En el ADN, sólo forma dos enlaces de hidrógeno con la adenina, por lo que son el par más débil.
Uracilo
El uracilo también es una pirimidina. Durante la transcripción de ADN a ARN, el uracilo se coloca en todos los lugares donde normalmente iría una timina. La razón de esto no se entiende del todo, aunque el uracilo tiene algunas ventajas y desventajas distintas. La mayoría de las criaturas no utilizan el uracilo en el ADN porque tiene una vida corta y puede degradarse en citosina. Sin embargo, en el ARN el uracilo es el nucleótido preferido porque el ARN es también una molécula de vida corta.
Función de los nucleótidos
Además de ser la unidad básica del material genético de todos los seres vivos, un nucleótido puede tener también otras funciones. Un nucleótido puede ser una base de otra molécula, como el trifosfato de adenosina (ATP), que es la principal molécula energética de la célula. También se encuentran en coenzimas como el NAD y el NADP, que proceden del ADP; estas moléculas se utilizan en muchas reacciones químicas que desempeñan funciones en el metabolismo. Otra molécula que contiene un nucleótido es el AMP cíclico (cAMP), una molécula mensajera que es importante en muchos procesos, como la regulación del metabolismo y el transporte de señales químicas a las células. Los nucleótidos no sólo constituyen los bloques de construcción de la vida, sino que también forman muchas moléculas diferentes que funcionan para hacer posible la vida.
Cuestionario
1. ¿Cuál de los siguientes elementos no forma parte de la estructura de los nucleótidos?
A. Azúcar de 5 carbonos
B. Grupo fosfato
C. Fosfolípido
2. ¿Cuál es el emparejamiento correcto?
A. A-G
B. C-G
C. T-U
D. U-C
3. ¿Qué nucleótido no se encuentra en el ADN?
A. Uracilo
B. Timina
C. Adenina