Característica general y componentes
El término proviene de la palabra latina nucleus, que se traduce como «núcleo». Esto no es casualidad, ya que estas macromoléculas se encontraron por primera vez precisamente en los núcleos celulares. Los polinucleótidos son enormes biopolímeros lineales formados por unidades: los mononucleótidos.
Cada nucleótido tiene una estructura química estrictamente definida y consta siempre de tres componentes clave:
- Base nitrogenada: una estructura cíclica (derivado de purina o pirimidina).
- Azúcar (pentosa): un carbohidrato con cinco átomos de carbono.
- Grupo fosfato: un residuo de ácido fosfórico.
En bioquímica es importante diferenciar dos términos similares. Si se combinan únicamente la base nitrogenada cíclica y la pentosa, obtenemos una molécula llamada nucleósido. En cuanto a esta estructura se le une un grupo fosfato, la molécula se convierte en un nucleótido completo.
Bases nitrogenadas
Las bases nitrogenadas son compuestos heterocíclicos que se dividen en dos grupos químicos según su estructura:
- Bases púricas (purinas). Su esqueleto molecular consta de dos anillos fusionados: uno hexagonal y otro pentagonal. A este grupo pertenecen la adenina (contiene un grupo $NH_2$) y la guanina (contiene grupos $=O$ y $NH_2$).
- Bases pirimídicas (pirimidinas). Su estructura es más compacta y está formada por un único anillo hexagonal. Este grupo incluye la citosina, el uracilo y la timina.
Diferencia importante: el uracilo se encuentra exclusivamente en el ARN. En las moléculas de ADN es sustituido por la timina, cuya estructura química es un uracilo metilado (posee un grupo metilo adicional $-CH_3$).
Nomenclatura de los componentes principales:
| Base nitrogenada | Nucleósido | Nucleótido | Código |
|---|---|---|---|
| Adenina | Adenosina | Adenosina monofosfato (AMP) | A |
| Guanina | Guanosina | Guanosina monofosfato (GMP) | G |
| Citosina | Citidina | Citidina monofosfato (CMP) | C |
| Uracilo | Uridina | Uridina monofosfato (UMP) | U |
| Timina | Timidina | Timidina monofosfato (TMP) | T |
Pentosas y grupo fosfato
El azúcar (pentosa) desempeña el papel de nexo de unión y forma el esqueleto resistente del ácido nucleico. Existen dos variantes de este carbohidrato:
- Ribosa: forma parte del ARN. Su característica distintiva es la presencia de un grupo hidroxilo ($-OH$) en el segundo átomo de carbono ($2'$) del anillo de azúcar.
- Desoxirribosa: forma parte del ADN. Como indica el prefijo «desoxi-», en el segundo átomo de carbono ($2'$) falta el átomo de oxígeno.
El residuo de ácido fosfórico es necesario para unir los monómeros individuales en una cadena polimérica larga. Dependiendo del número de grupos fosfato unidos, los nucleótidos se clasifican como monofosfatos, difosfatos y trifosfatos.
Estructura de la cadena polinucleotídica
Los polinucleótidos lineales forman una cadena cuyo esqueleto consta de residuos de azúcar y fosfato estrictamente alternos. Las unidades se ensamblan mediante enlaces fosfodiéster.
El mecanismo químico de unión es el siguiente: el grupo fosfato unido al átomo de carbono $5'$ de un anillo de pentosa se enlaza con el átomo de carbono $3'$ de la siguiente molécula de pentosa.
Debido a este tipo de enlace, la cadena polinucleotídica posee una direccionalidad (polaridad) marcada:
- En el extremo $5'$ de la macromolécula se encuentra un grupo fosfato libre.
- En el extremo $3'$ permanece libre un grupo $3'$-hidroxilo.
En biología molecular rige una regla estricta: cualquier secuencia de ácidos nucleicos se lee y se escribe exclusivamente en dirección del extremo $5'$ al extremo $3'$ ($5' \rightarrow 3'$).
En resumen: respuestas a preguntas sobre el tema
¿Qué funciones biológicas realizan los mononucleótidos libres en la célula?
Los nucleótidos libres están relacionados por su origen con las siguientes funciones celulares:
- Los desoxirribonucleosidotrifosfatos (dATP, dGTP, dTTP, dCTP) son sustratos de la ADN polimerasa; la ADN polimerasa une los nucleótidos entre sí y alarga la cadena polinucleotídica en dirección 5' → 3'.
- La ATP es utilizada por la ADN ligasa para unir los fragmentos de Okazaki en una cadena continua mediante la formación de un enlace fosfodiéster.
- Los nucleótidos libres forman parte del jugo nuclear; el jugo nuclear sirve como medio para el metabolismo nuclear y asegura el funcionamiento normal del material genético.
- Los nucleótidos se transportan en el hialoplasma como parte de su función de transporte.
¿Qué enzimas catalizan la formación y ruptura de los enlaces fosfodiéster entre nucleótidos?
Los procesos de formación y ruptura de los enlaces fosfodiéster son catalizados por ligasas, topoisomerasas y diversas nucleasas.
- ADN ligasa: cataliza la formación del enlace fosfodiéster al unir fragmentos de ADN.
- ADN topoisomerasa: introduce temporalmente roturas monocatenarias en los enlaces fosfodiéster para aliviar la tensión del ADN y luego los vuelve a cerrar.
- Endonucleasa UV: realiza incisiones en la cadena de ADN para eliminar los dímeros de pirimidina durante la reparación.
- Endonucleasa ($Ca^{2+}, Mg^{2+}$-dependiente): escinde el ADN en las regiones espaciadoras (linker) durante la apoptosis.
- ARNasa: escinde la hebra molde de ARN viral.
¿Cómo no confundir purinas y pirimidinas? Los tamaños de sus nombres son inversos a los tamaños de las moléculas. «Purina» es una palabra corta, pero la molécula es grande (dos anillos a la vez). «Pirimidina» es una palabra larga, pero la molécula es pequeña (un solo anillo). Y la timina se recuerda fácilmente como «uracilo metilado».
Preguntas de clases y exámenes
¿En qué se diferencia un nucleósido de un nucleótido?
Un nucleósido es una molécula bicomponente que consta únicamente de una base nitrogenada y un azúcar. Si se le une covalentemente un grupo fosfato, se convierte en un nucleótido.
¿Cuál es la principal diferencia estructural entre las pentosas en el ADN y el ARN?
La diferencia radica en el segundo átomo de carbono ($2'$) del anillo de azúcar. En la ribosa (en el ARN) se encuentra un grupo hidroxilo ($-OH$), mientras que en la desoxirribosa (en el ADN) falta el átomo de oxígeno.
¿Cómo determinar la dirección de una cadena polinucleótida?
La dirección se determina por los grupos químicos libres en los extremos del polímero. En el extremo $5'$ siempre se encuentra un grupo fosfato libre, y en el $3'$, un grupo hidroxilo. La cadena se escribe del extremo $5'$ al $3'$.
Qué más repasar sobre el tema
- Nomenclatura y códigos de una sola letra de los mononucleótidos (AMP, GMP y otros)
- Diferencias químicas en la estructura de la adenina y la guanina
- Mecanismo detallado de formación del enlace fosfodiéster
- Clasificación de los nucleótidos según el número de grupos fosfato (mono-, di- y trifosfatos)
Estudia el tema completo en el curso de «Biología»
Aquí tienes un resumen. En el curso encontrarás todo lo que preguntan en clase y en el examen.
- Guía metodológica completa sobre el tema «Estructura de los nucleótidos» y otras 3 793 páginas de la asignatura
- Ejercicios y pruebas después de cada tema, igual que en el examen práctico
- El tutor de IA responderá a tus preguntas sobre el tema en cualquier momento
- 130 videotutoriales de la asignatura
Otros temas de la sección «Composición química de la célula»
Videotutoriales gratuitos: biologíaLecciones cortas con resúmenes, sin registro.
Material preparado por los profesores de WhiteCoat Pro según el plan de estudios de las facultades de medicina. De carácter educativo.