Toda la vida en el planeta se compone de muchas células que mantienen el orden de su organización debido a la información genética contenida en el núcleo. Se almacena, implementa y transmite mediante compuestos complejos de alto peso molecular: ácidos nucleicos, que consisten en unidades de monómero, nucleótidos. El papel de los ácidos nucleicos no puede sobreestimarse. La estabilidad de su estructura determina la actividad vital normal del organismo, y cualquier desviación en la estructura conducirá inevitablemente a un cambio en la organización celular, la actividad de los procesos fisiológicos y la viabilidad de las células en su conjunto.
El concepto de nucleótido y sus propiedades
Cada molécula de ADN o ARN se ensambla a partir de compuestos monoméricos más pequeños: nucleótidos. En otras palabras, un nucleótido es un material de construcción para ácidos nucleicos, coenzimas y muchos otros compuestos biológicos que son esenciales para una célula en el curso de su vida.
A las principales propiedades de estos insustituibleslas sustancias se pueden atribuir:
• almacenamiento de información sobre la estructura de las proteínas y los rasgos heredados;
• control sobre el crecimiento y la reproducción;
• participación en el metabolismo y muchos otros procesos fisiológicos que ocurren en la célula.
Composición de nucleótidos
Hablando de nucleótidos, uno no puede dejar de detenerse en un tema tan importante como su estructura y composición.
Cada nucleótido consta de:
• residuo de azúcar;
• base nitrogenada;
• grupo fosfato o residuo de ácido fosfórico.
Se puede decir que un nucleótido es un compuesto orgánico complejo. Según la especie de composición de las bases nitrogenadas y el tipo de pentosa en la estructura de nucleótidos, los ácidos nucleicos se dividen en:
• ácido desoxirribonucleico o ADN;
• ácido ribonucleico o ARN.
Composición de los ácidos nucleicos
En los ácidos nucleicos, el azúcar está representado por pentosa. Este es un azúcar de cinco carbonos, en el ADN se llama desoxirribosa, en el ARN se llama ribosa. Cada molécula de pentosa tiene cinco átomos de carbono, cuatro de los cuales, junto con un átomo de oxígeno, forman un anillo de cinco miembros, y el quinto forma parte del grupo HO-CH2.
La posición de cada átomo de carbono en una molécula de pentosa se indica mediante un número arábigo con una prima (1C´, 2C´, 3C´, 4C´, 5C´). Dado que todos los procesos de lectura de la información hereditaria de una molécula de ácido nucleico tienen una dirección estricta, la numeración de los átomos de carbono y su disposición en el anillo sirven como una especie de indicador de la dirección correcta.
Según el grupo hidroxilo aun residuo de ácido fosfórico está unido al tercer y quinto átomos de carbono (3С´ y 5С´). Determina la afiliación química del ADN y el ARN al grupo de los ácidos.
Una base nitrogenada está unida al primer átomo de carbono (1С´) en una molécula de azúcar.
Composición de especies de bases nitrogenadas
Los nucleótidos de ADN por base nitrogenada están representados por cuatro tipos:
• adenina (A);
• guanina (G);
• citosina (C);
• timina (T).
Los dos primeros son purinas, los dos últimos son pirimidinas. Por peso molecular, las purinas siempre son más pesadas que las pirimidinas.
Los nucleótidos de ARN por base nitrogenada están representados por:
• adenina (A);
• guanina (G);
• citosina (C);
• uracilo (U).
El uracilo, como la timina, es una base de pirimidina.
En la literatura científica, a menudo se puede encontrar otra designación de bases nitrogenadas - en letras latinas (A, T, C, G, U).
Veamos con más detalle la estructura química de las purinas y las pirimidinas.
Las pirimidinas, a saber, la citosina, la timina y el uracilo, están representadas por dos átomos de nitrógeno y cuatro átomos de carbono, formando un anillo de seis miembros. Cada átomo tiene su propio número del 1 al 6.
Las purinas (adenina y guanina) consisten en pirimidina e imidazol o dos heterociclos. La molécula base de purina está representada por cuatro átomos de nitrógeno y cinco átomos de carbono. Cada átomo está numerado del 1 al 9.
Como resultado de la conexión de nitrógenouna base y un residuo de pentosa forman un nucleósido. Un nucleótido es una combinación de un nucleósido y un grupo fosfato.
Formación de enlaces fosfodiéster
Es importante comprender la cuestión de cómo se conectan los nucleótidos en una cadena polipeptídica y forman una molécula de ácido nucleico. Esto sucede debido a los llamados enlaces fosfodiéster.
La interacción de dos nucleótidos da un dinucleótido. La formación de un nuevo compuesto se produce por condensación, cuando se produce un enlace fosfodiéster entre el residuo fosfato de un monómero y el grupo hidroxi de la pentosa de otro.
La síntesis de un polinucleótido es la repetición repetida de esta reacción (varios millones de veces). La cadena de polinucleótidos se construye mediante la formación de enlaces fosfodiéster entre el tercer y el quinto carbono de los azúcares (3С´ y 5С´).
El ensamblaje de polinucleótidos es un proceso complejo que ocurre con la participación de la enzima ADN polimerasa, que asegura el crecimiento de la cadena solo desde un extremo (3´) con un grupo hidroxi libre.
Estructura de la molécula de ADN
Una molécula de ADN, como una proteína, puede tener una estructura primaria, secundaria y terciaria.
La secuencia de nucleótidos en una cadena de ADN determina su estructura primaria. La estructura secundaria está formada por enlaces de hidrógeno, que se basan en el principio de complementariedad. En otras palabras, durante la síntesis de la doble hélice del ADN opera cierto patrón: la adenina de una cadena corresponde a la timina de la otra, la guanina a la citosina y viceversa. Pares de adenina y timina o guanina y citosinase forman debido a dos en el primer caso y tres en el último caso enlaces de hidrógeno. Tal conexión de nucleótidos proporciona un vínculo fuerte entre las cadenas y una distancia igual entre ellas.
Conociendo la secuencia de nucleótidos de una hebra de ADN, puedes completar la segunda por el principio de complementariedad o adición.
La estructura terciaria del ADN está formada por enlaces tridimensionales complejos, lo que hace que su molécula sea más compacta y capaz de caber en un volumen celular pequeño. Así, por ejemplo, la longitud del ADN de E. coli es superior a 1 mm, mientras que la longitud de la célula es inferior a 5 micrones.
El número de nucleótidos en el ADN, es decir, su relación cuantitativa, obedece a la regla de Chergaff (el número de bases de purina es siempre igual al número de bases de pirimidina). La distancia entre nucleótidos es un valor constante igual a 0,34 nm, al igual que su peso molecular.
La estructura de la molécula de ARN
El
ARN está representado por una sola cadena de polinucleótidos formada a través de enlaces covalentes entre una pentosa (en este caso, la ribosa) y un residuo de fosfato. Es mucho más corto que el ADN en longitud. También hay diferencias en la composición de especies de bases nitrogenadas en el nucleótido. En el ARN, se usa uracilo en lugar de la base pirimidínica de la timina. Según las funciones que realiza en el organismo, el ARN puede ser de tres tipos.
• Ribosomal (rRNA): normalmente contiene de 3000 a 5000 nucleótidos. Como componente estructural necesario, participa en la formación del centro activo de los ribosomas, lugar de uno de los procesos más importantes de la célula.- biosíntesis de proteínas.
• Transporte (ARNt): consta de un promedio de 75 a 95 nucleótidos, transfiere el aminoácido deseado al sitio de síntesis del polipéptido en el ribosoma. Cada tipo de ARNt (al menos 40) tiene su propia secuencia única de monómeros o nucleótidos.
• Informativo (ARNm): muy diversa en la composición de nucleótidos. Transfiere información genética del ADN a los ribosomas, actúa como matriz para la síntesis de una molécula de proteína.
El papel de los nucleótidos en el cuerpo
Los nucleótidos en la célula realizan varias funciones importantes:
• se utilizan como componentes básicos de los ácidos nucleicos (nucleótidos de la serie purina y pirimidina);
• participan en muchos procesos metabólicos de la célula;
• forman parte del ATP - la principal fuente de energía en las células;
• actúan como portadores de equivalentes reductores en las células (NAD+, NADP+, FAD, FMN);
• cumplen la función de biorreguladores;
• pueden ser considerados como segundos mensajeros de síntesis regular extracelular (por ejemplo, cAMP o cGMP).
El nucleótido es una unidad monomérica que forma compuestos más complejos: ácidos nucleicos, sin los cuales la transferencia de información genética, su almacenamiento y reproducción es imposible. Los nucleótidos libres son los principales componentes implicados en los procesos energéticos y de señalización que contribuyen al funcionamiento normal de las células y del organismo en su conjunto.
