Revisado por: Todd Smith, PhD

Definición de nucleótido

sustantivo, plural: nucleótidos
(nu-cle-o-tide, ˈnjuːklɪəˌtaɪd)

Es el componente básico del ácido nucleico; un compuesto orgánico formado por una base nitrogenada, un azúcar y un grupo fosfato.

Los nucleótidos también proporcionan energía química en forma de sus trifosfatos de nucleósido. Además, participan en la señalización celular y forman un segundo mensajero en los procesos celulares.

Etimología: «nucleo»- («núcleo») + -ide (sufijo químico)

Descripción general

Un nucleótido se considera el bloque básico de construcción del ácido nucleico (por ejemplo, ADN y ARN). Un ácido nucleico, a su vez, es uno de los principales grupos de biomoléculas (los otros son los carbohidratos, las proteínas y los aminoácidos). Los ácidos nucleicos participan en la conservación, replicación y expresión de la información hereditaria.

Características

Un nucleótido es un compuesto orgánico formado por tres subunidades: una base nitrogenada, un azúcar de cinco carbonos y un grupo fosfato. El componente de azúcar puede ser ribosa o desoxirribosa. La ribosa es el componente de azúcar de los nucleótidos que forman el ARN. La desoxirribosa es el componente de azúcar del ADN. Cada grupo fosfato conecta los anillos de azúcar de dos monómeros de nucleótidos adyacentes. Los grupos fosfato y los restos de azúcar forman la columna vertebral de un ácido nucleico. En el ADN, la orientación de las dos hebras está en direcciones opuestas. Esto es para permitir el emparejamiento de bases complementarias entre los constituyentes de las nucleobases. Además de la cadena larga de los ácidos nucleicos, los nucleótidos también se presentan en formas cíclicas. Los nucleótidos cíclicos se forman cuando el grupo fosfato está unido dos veces a la fracción de azúcar, en particular a los dos grupos hidroxilos del azúcar constituyente.

Además del papel de los nucleótidos como subunidades de los ácidos nucleicos, también son portadores de energía. Transportan energía química que la célula utiliza para alimentar diversas actividades celulares. El trifosfato de adenosina (ATP) es, con mucho, el más utilizado.

Nucleósidos vs. Nucleótidos

Los nucleótidos no deben confundirse con los nucleósidos, que también son azúcares de 5 carbonos con una base nitrogenada. Los nucleósidos no tienen un grupo fosfato. Cuando un nucleósido se une a un grupo fosfato, da lugar a un nucleótido. (Ref. 1) Así, un nucleótido también se denomina monofosfato de nucleósido (si tiene un solo grupo fosfato), difosfato de nucleósido (con dos grupos fosfato) o trifosfato de nucleósido (cuando tiene tres grupos fosfato). Dependiendo del componente de azúcar pentosa, un nucleósido puede ser un ribonucleósido o un desoxirribonucleósido. Un ribonucleósido es un nucleósido con una ribosa (componente de azúcar). Según el componente de nucleobase, el ribonucleósido puede ser adenosina, guanosina, citidina, uridina o 5-metiluridina. Un desoxirribonucleósido es un nucleósido con desoxirribosa. Asimismo, según el componente de la nucleobase, un desoxirribonucleósido puede ser desoxiadenosina, desoxiguanosina, desoxicitidina, desoxitimidina o desoxiuridina. Además, dependiendo del componente de la nucleobase, los nucleósidos pueden agruparse en purina de «doble anillo» o pirimidina de «anillo simple».

Clasificación

Los nucleótidos fundamentales se dividen en purinas y pirimidinas en función de la estructura de la base nitrogenada. Las bases purinas incluyen la adenina y la guanina, mientras que las bases pirimidinas son la timina y la citosina, y el uracilo. En el ARN el uracilo sustituye a la timina (la timina se produce añadiendo metilo al uracilo). (Ref. 2)

Las nucleobases que componen el ácido nucleico sirven para distinguir las moléculas de ADN de las de ARN. En el ADN, los emparejamientos complementarios de timina con adenina mientras que en el ARN, el uracilo se empareja con la adenina. Los emparejamientos de las nucleobases C-G y A-T (o A-U en el ARN) se denominan complementos de base.

Tipos

Ejemplos de nucleótidos con un solo grupo fosfato:

• monofosfato de adenosina (AMP)
• monofosfato de guanosina (GMP)
• monofosfato de citidina (CMP)
• monofosfato de uridina (UMP)
• monofosfato de adenosina cíclico (cAMP)
• monofosfato de guanosina cíclico (cGMP)
• monofosfato de citidina cíclico monofosfato cíclico (cCMP)
• monofosfato de uridina cíclico (cUMP)
• monofosfato de desoxiadenosina (dAMP)
• monofosfato de desoxi guanosina (dGMP)
• monofosfato de desoxicitidina (dCMP)
• monofosfato de (desoxi)timidina (dTMP)

Nucleótidos con dos grupos fosfato:

• difosfato de adenosina (ADP)
• difosfato de guanosina (GDP)
• difosfato de citidina (CDP)
• difosfato de uridina (UDP)
• difosfato de desoxiadenosina (dADP)
• difosfato de desoxiguanosina (dGDP)
• difosfato de desoxicitidina (dCDP)
• difosfato de (desoxi)timidina (dTDP)

Nucleótidos con tres grupos fosfato:

• adenosina trifosfato (ATP)
• guanosina trifosfato (GTP)
• citidina trifosfato (CTP)
• uridina trifosfato (UTP)
• desoxiadenosina trifosfato (dATP)
• desoxiguanosina trifosfato (dGTP)
• desoxicitidina trifosfato (dCTP)
• (desoxi)timidina trifosfato (dTTP)

Vía de síntesis de novo

Los nucleótidos se producen de forma natural por la vía de síntesis de novo o por vías de salvamento. (Ref. 4) En los seres humanos, la vía de síntesis de novo de los nucleótidos fundamentales se produce principalmente en el hígado. En la biosíntesis de la pirimidina, el anillo se forma mediante una serie de pasos que comienzan en la formación del carbamoil fosfato. (Ref. 1) En primer lugar, el carbamoil fosfato se produce a partir de una reacción bioquímica en la que intervienen bicarbonato, glutamina, ATP (para la fosforilación) y una molécula de agua. La enzima que cataliza la reacción es la carbamoil fosfato sintetasa II, situada en el citosol. A continuación, el carbamoil fosfato se convierte en carbamoil aspartato mediante la enzima aspartato transcarbamilasa. A continuación, el anillo se cierra por condensación intramolecular, convirtiendo el carbamoil fosfato en dihidroorotato mediante la enzima dihidroorotasa. Por último, el dihidroorotato es oxidado por la dihidroorotato deshidrogenasa (una proteína integral de la membrana interna de la mitocondria) para convertirse en orotato. Tras la formación del anillo de pirimidina, el 5-fosfo-α-D-ribosil 1-pirofosfato (PRPP), un fosfato de ribosa, reacciona con el orotato para formar orotidina-5-monofosfato (OMP). A continuación, el OMP es descarboxilado por la enzima OMP decarboxilasa para dar lugar al monofosfato de uridina (UMP). Finalmente, el difosfato de uridina (UDP) y el trifosfato de uridina (UTP) se producen en la vía biosintética mediante quinasas y la desfosforilación de ATPs. El UTP puede convertirse en citidina trifosfato (CTP) por aminación del UTP a través de la enzima CTP sintetasa. (Ref. 5)

En la biosíntesis de las purinas, éstas pueden proceder del nucleótido monofosfato de inosina (IMP). El IMP, a su vez, se produce a partir de una ribosa fosfato preexistente que se forma principalmente a partir de los aminoácidos glicina, glutamina y ácido aspártico. La ribosa 5-fosfato reacciona con el ATP para producir 5-fosforibosil-1-pirofosfato (PRPP). La PRRP interviene tanto en la síntesis de purinas como de pirimidinas; también participa en la formación de NAD y NADP y en las vías de recuperación. Sin embargo, la PRRP se compromete particularmente con la biosíntesis de purinas cuando la PRRP se convierte en 5-fosforibosil amina (al tener el pirofosfato de la PRRP sustituido por el grupo amida de la glutamina). (Ref. 6) El IMP se convierte entonces en monofosfato de adenosina (AMP) o monofosfato de guanosina (GMP).

Degradación

Las purinas guanina y adenina pueden degradarse de la siguiente manera:

En cuanto al GMP, el compuesto se hidroliza primero y se convierte en guanosina. Esta última se escinde a continuación en guanina libre. (Ref. 7)

• Guanina (vía guanasa) » xantina (vía xantina oxidasa) » ácido úrico
• Adenosina «» inosina (vía purina nucleósido fosforilasa) » hipoxantina (vía xantina oxidasa) » xantina (vía xantina oxidasa) » ácido úrico

Como resultado de la degradación de las purinas, se produce ácido úrico. En los seres humanos, el ácido úrico se libera desde el hígado y otras fuentes tisulares al torrente sanguíneo, a través del cual llega al riñón. A continuación, se elimina del organismo a través de la orina.

Las purinas procedentes del catabolismo pueden recuperarse y reutilizarse de la siguiente manera: (Ref. 6)

• La adenina es recuperada por la enzima adenina fosforibosiltransferasa (APRT), convirtiéndola en adenilato
• La guanina y la hipoxantina son recuperadas por la enzima hipoxantina-guanina fosforibosiltransferasa (HGPRT) formando guanilato o IMP

Las pirimidinas que se degradan pueden ser recicladas por una vía de salvamento. (Ref. 1) Las nucleobases se recuperan para su reutilización tras la degradación del ARN y del ADN. Las vías de recuperación de las pirimidinas son las siguientes:

• La citosina se convierte en uracilo por desaminación. Mediante la uridina fosforilasa, el uracilo se convierte en uridina al reaccionar con la ribosa-1-fosfato. A través de la enzima nucleósido quinasa, la uridina se convierte en monofosfato de uridina (UMP).
• La timidina se convierte en timidina al reaccionar con la desoxirribosa-1-fosfato y por la enzima timidina fosforilasa. A continuación, la timidina es convertida en timidina monofosfato por la enzima nucleósido quinasa. La timidina quinasa, en particular, es una enzima de la vía de rescate de la pirimidina que cataliza la fosforilación de la timidina a timidina monofosfato. (Ref.8)

Funciones biológicas

Además de servir como precursores de los ácidos nucleicos, los nucleótidos también sirven como cofactores importantes en la señalización y el metabolismo celular. Estos cofactores incluyen la CoA, el dinucleótido de flavina adenina (FAD), el mononucleótido de flavina, el trifosfato de adenosina (ATP) y el dinucleótido fosfato de nicotinamida adenina (NADP). Los nucleósidos trifosfatos, en particular, transportan paquetes de energía química que se utilizan en muchas actividades celulares que exigen energía, por ejemplo, la síntesis de aminoácidos, la síntesis de proteínas, la división celular, los movimientos internos e intercelulares, etc.

Véase también

• Ácido nucleico
• Ácido desoxirribonucleico
• Ácido ribonucleico
• Nucleósido

1. PURINAS Y PIRIMIDINAS. (2020). Utah.Edu. https://library.med.utah.edu/NetBiochem/pupyr/pp.htm
2. Bera, P. P., Nuevo, M., Materese, C. K., Sandford, S. A., & Lee, T. J. (2016). Mecanismos para la formación de timina en condiciones astrofísicas e implicaciones para el origen de la vida. The Journal of Chemical Physics, 144(14), 144308. https://doi.org/10.1063/1.4945745
3. Nucleótidos. (2020). Rpi.Edu. https://homepages.rpi.edu/~bellos/nucleotides.htm
4. Recuperación de nucleótidos – una visión general | ScienceDirect Topics. (2018). Sciencedirect.Com. https://www.sciencedirect.com/topics/biochemistry-genetics-and-molecular-biology/nucleotide-salvage
5. Charma, K. & Somani, D. (2015). Biosíntesis de la pirimidina. Recuperado del sitio web Slideshare.net: www.slideshare.net/kskuldeep1995/pyrimidine-biosynthesis-46874172
6. Berg, J. M., Tymoczko, J. L., & Lubert Stryer. (2016). Los pasos clave en la biosíntesis de nucleótidos están regulados por la inhibición de la retroalimentación. Nih.Gov; W H Freeman. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK22428/
7. Capítulo 21 : Biosíntesis de aminoácidos, nucleótidos y moléculas relacionadas. (2020). Bioinfo.Org.Cn. http://www.bioinfo.org.cn/book/biochemistry/chapt21/bio8.htm
8. He, Q., Mao, Y., & Wu, J. (2002). Immunohistochemical Expression of Cytosolic Thymidine Kinase in Patients with Breast Carcinoma. Handbook of Immunohistochemistry and in Situ Hybridization of Human Carcinomas, 463-469. https://doi.org/10.1016/s1874-5784(04)80056-4

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