miércoles, 1 de octubre de 2008

LOS ACIDOS NUCLEICOS




Introducción
Los ácidos nucleicos son las biomoléculas portadoras de la información genética. Tienen una estructura polimérica, lineal, cuyos monómeros son los nucleótidos. El grado de polimerización puede llegar a ser altísimo, con moléculas constituídas por centenares de millones de nucleótidos en una sola estructura covalente. De la misma manera que las proteínas son polímeros lineales aperiódicos de aminoácidos, los ácidos nucleicos lo son de nucleótidos. La aperiodicidad de la secuencia de nucleótidos implica la existencia de información. De hecho, sabemos que los ácidos nucleicos constituyen el depósito de información de todas las secuencias de aminoácidos de todas las proteínas de la célula. Existe una correlación entre ambas secuencias, lo que se expresa diciendo que ácidos nucleicos y proteínas son colineares; la descripción de esta correlación es lo que llamamos Código Genético, establecido de forma que a una secuencia de tres nucleótidos en un ácido nucleico corresponde un aminoácido en una proteína.
La función de los ácidos nucleicos no se reduce, por otra parte, a contener la información necesaria para la síntesis de las proteínas celulares. Hay secuencias regulatorias que controlan la expresión de las diferentes unidades genéticas, por sí mismas o a su vez controladas por otras moléculas (hormonas, factores de crecimiento, señales químicas en general); hay asimismo ácidos nucleicos implicados en la transmisión y procesado de la información genética; hay también ácidos nucleicos con funciones catalíticas (ribozimas).
La estructura química de los ácidos nucleicos es tan uniforme como la de las proteínas, o incluso más. Para tener una idea aproximada, veamos en primer lugar un polinucleótido (no se representan los átomos de hidrógeno). Podemos apreciar los distintos residuos (nucleótidos) de la cadena mediante el siguiente mando:

Vamos ahora a una visión más cercana de este estructura: El espinazo de la misma está constituída por ortofosfatos esterificados cada uno simultáneamente a dos pentosas: se trata del enlace fosfodiéster, característico de los ácidos nucleicos (de la misma manera que el enlace peptídico lo es de las proteínas). Por lo tanto, el continuo covalente de un ácido nucleico es el esqueleto pentosa-fosfato-pentosa-fosfato-...
Unidas a cada pentosa a través de un enlace glicosídico aparecen las bases nitrogenadas: que como puede apreciarse, no forman parte del continuo covalente del polinucleótido. Sin embargo, su papel es fundamental; son las portadoras de la información genética.
El monómero de los ácidos nucleicos es, por lo tanto, el nucleótido: formado por un fosfato: esterificado a una pentosa: que a su vez está unida por un enlace beta-glicosídico a una base nitrogenada:
A continuación estudiaremos los elementos monoméricos de los ácidos nucleicos.

6.2 Bases, Nucleósidos y Nucleótidos
Bases; Nucleósidos; Nucleótidos
La hidrólisis enzimática completa de un ácido nucleico da lugar a una mezcla de nucleótidos. La hidrólisis completa de un nucleótido da lugar a una mezcla equimolar de:
Una Base nitrogenada heterocíclica, que puede ser de dos tipos: Purina o Pirimidina
Una Pentosa, que puede ser Ribosa o bien 2-desoxirribosa
Ortofosfato
Bases nitrogenadas
Las bases nitrogenadas de los ácido nucleicos son bases heterocíclicas que pertenecen a una de dos familias:
Unas están basadas en el Anillo pirimidínico. Son las Pirimidinas. Es un sistema plano de seis átomos, cuatro carbonos y dos nitrógenos. Los átomos del anillo pirimidínico tienen la siguiente numeración: N1: C2: N3: C4: C5: C6:
Las distintas bases pirimidínicas se obtienen por sustitución de este anillo con grupos oxo (=O), grupos amino (-NH2) o grupos metilo (-CH3).
La otra familia de bases nitrogenadas está basada en el Anillo purínico. Son las Purinas. Puede observarse que se trata de un sistema plano de nueve átomos, cinco carbonos y cuatro nitrógenos. El anillo purínico pùede considerarse como la fusión de un anillo pirimidínico con uno imidazólico. Los átomos del anillo purínico se numeran de la forma siguiente: N1: C2: N3: C4: C5: C6: N7: C8: N9:
Veremos a continuación la estructura de las principales bases.
Bases Nitrogenadas
Nombre común
Nombre sistemático
1. Pirimidinas
Citosina
2-oxo 4-amino pirimidina
Uracilo
2,4 dioxo pirimidina
Timina
2,4 dioxo5-metil pirimidina
2. Purinas
Adenina
6-amino purina
Guanina
2-amino 6-oxo purina
Hipoxantina
6-oxo purina
Xantina
2,6-dioxo purina
De todas estas bases, aparecen en los ácidos nucleicos: citosina, timina, guanina y adenina en el DNA; citosina, uracilo, guanina y adenina en el RNA. Xantina e hipoxantina son formas metabólicas de las purinas, aunque ocasionalmente la segunda puede formar parte de algunos RNAs. La forma degradativa final de las purinas en los primates es el Ácido úrico, 2,6,8-trioxo purina. Las pirimidinas son degradadas completamente a agua, anhídrido carbónico y urea.
Un fenómeno estructural importante en las bases nitrogenadas es la tautomería o isomería ceto-enol. Hasta ahora hemos visto que el grupo oxo de las bases nitrogenadas se representa como ceto (=O). Ocasionalmente este grupo se presenta como enol (-OH), constituyendo una forma tautomérica anómala de la base en cuestión. Así, por ejemplo, la timina puede presentarse como forma ceto (la forma tautomérica normal, arriba) y como forma enol (la forma tautomérica anómala, mucho más infrecuente, abajo). Parece ser que la presencia de formas tautoméricas anómalas en las bases podría explicar algunas mutaciones espontáneas del material genético a través de apareamientos Watson-Crick anómalos.
Nucleósidos
La unión de una base nitrogenada a una pentosa da lugar a los compuestos llamados nucleósidos. Obsérvese el sufijo ósido, característico de todos los glicósidos. La pentosa puede ser D-Ribosa (D-ribofuranosa), en cuyo caso hablamos de Ribonucleósidos, o bien 2-D-Desoxirribosa (D-desoxirribofuranosa), constituyendo los Desoxirribonucleósidos. Esto nos introduce ya la distinción básica entre DNA (constituído por desoxirribonucleótidos) y RNA (por ribonucleótidos).
Todos los nucleósidos son del tipo anomérico beta-. Podemos ver como ejemplo la estructura de la Adenosina que es el nucleósido correspondiente a la base adenina (esto es, la beta-D-ribofuranosil adenina). Los átomos de la pentosa se numeran como 1', 2', 3', 4' y 5', para diferenciarlos de los átomos de la base. Estos átomos son:
C1': C2': C3': C4': C5':
El enlace glicosídico permite la rotación de la base, originando distintas conformaciones. La adenosina aquí representada aparece en la conformación anti-, en la que el anillo furanósico de la pentosa y el anillo purínico están a lados contrarios del enlace glicosídico. Ocasionalmente, y en particular en el DNA-Z, la situación corresponde a la conformación syn- en la que base y pentosa aparecen del mismo lado del enlace glicosídico.
Veremos en la siguiente tabla las estructuras de los distintos ribonucleósidos. Obsérvese la nomenclatura: se utiliza el sufijo osina sobre el nombre radical de la base en el caso de las purinas, y el sufijo -idina en el de las pirimidinas. El ribonucleósido de timina recibe el nombre de ribotimidina. Por su parte, el ribonucleósido de hipoxantina recibe el nombre de inosina.
Ribonucleósidos
Base
Nucleósido
1. Pirimidinas
Citosina
Citidina
Uracilo
Uridina
Timina
Ribotimidina
2. Purinas
Adenina
Adenosina
Guanina
Guanosina
Hipoxantina
Inosina
Por su parte, los desoxinucleósidos se denominan con el prefijo desoxi- delante del nombre del nucleósido. Se exceptúa el desoxirribonucleósido de timina, que recibe el nombre de timidina.
Desoxirribonucleósidos
Base
Nucleósido
1. Pirimidinas
Citosina
Desoxicitidina
Uracilo
Desoxiuridina
Timina
Timidina
2. Purinas
Adenina
Desoxiadenosina
Guanina
Desoxiguanosina