COMPONENETES FUNDAMENTALES DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS

Los acidos nucleicos ( DNA y RNA) esta constituidos por la union de numerosos nucleotidos, de 4 tipos. Como introducción a su estudio, se consideran algunos aspectos de interes para cada uno de los componentes estructurales de dichas unidades, los nucleotidos:

COMPONENETES ÁCIDO: FOSFATOSMONOFOSFATOS

El fosfato inorgánico (Pi), mezcla de las pespecies quimicas resultantes de la disociacion de la molecula de acido fosforico, aparece com oanion a pH acido, como dianion a pH fisiologico y como trianion a pH alcalino. En a celula, el fosfato se encuentra en forma libre (Pi) o formando parte de numerosos compuestos organicos (R-P), por ejemplo, los nucleotidos.

DIFOSFATOS

El bifosfato o pirofosfato (PPi) se presenta a pH fisologico como trianion (una de las 4 formas ionicas del acido pirofosforico). Es estable en disolución a pH neutro o alcalino; sin embargo, dentro de la celula es inestable por accion de las pirofosfatasas, formando 2 Pi. Aparece combinado fundamentalmente en nucleósidos-difosfato ( por jemplo, ADP).

TRIFOSFATOS

El trifosfato (PPPi) se presenta a pH fisiologico como tetraanión. No aparece en forma libre, sino formando parte, esencialmente, de nucleósidos-trifosfato (por ejemplo, ATP).

TIPOS DE ENLACES FOSFATO

Pueden distinguirse cinco tipos de enlaces fosfato que van a formar parte de los nucleotidos. Obsérvese la estructura y nombre de todos ellos, asi como la diferencia entre enlace éster y anhídrido en los nucleotidos difosfatados y trifosfatados.

COMPONENTE NEUTRO: AZÚCARES

El azúcar (inicialmente llamado osa) siempre es una pentosa (5 átomos de carbono), bien la D-ribosa o la D-desoxirribosa. La ribosa (nombre derivado de osa de Rockefeller Institute of Biochemistry, 1908) interviene en nucleósidos y nucleótidos bajo su forma mas estable, β-D-ribofuranosa.

La formula representada como ejemplo puede extenderse a otras muchas moléculas de interés bioquímico: D-glucosa, D-galactosa, 3-desoxi-D-ribosa, etc.

COMPONENTE BÁSICO: BASES NITROGENADAS

Son moléculas heterocíclicas, con más de un átomo de nitrógeno, formadas por un anillo único (pirimidina) o por dos anillos condensados (purina). Obsérvense en los ejemplos de bases que intervienen en los ácidos nucleicos la numeración de los átomos de heterociclo y la posición de los sustituyentes externos.

BASES NITROGENADAS MÁS FRECUENTES: 2TIPOS

A modo de resumen, la posición de los sustituyentes presentes en cada una de las bases nitrogenadas es:

OTRAS BASES DE INTERÉS BIOLÓGICO Y CLÍNICO

Existen otras bases putinicas y pirimidinicas, en general poco frecuentes, que surgen por modificacion de las bases principales A, G, C y U o de alguno de sus analogos (hipoxantina, H). Son de origen natural o sintetico, intervienen en pocesos como la metilacion del DNA en la celula y muestran distintas propiedades (antibióticas, antivíricas, antitumorales, etc).

PROPIEDADES FISICOQUÍMICAS DE LAS BASES PURÍNICAS Y PIRIMIDÍNICAS

EXISTENCIA DE DIPOLOS

Todas las bases poseen atomos electronegativos de O (excepto adenina), en posición exociclica o extranuclear, y de N, tanto exociclicos como en el anillo, nucleares. Como consecuencia, son abundantes los enlaces polares, lo que les permite interaccionar entre

si mediante puentes de hidrogeno, que poseen una importancia capital en la estructura secundaria de los acidos nucleicos, en especial del DNA.

HIDROFOBICIDAD

La naturaleza aromática de los anillos hace que las bases tengan un marcado carácter apolar, sean hidrofobicas y poco solubles en agua al pH celular, cercano ala neutralidad. A pH acido o alcalino adquieren carga y se hacen más solubles en agua. Como ya se estudiaran, las interacciones hidrofobicas de apilamiento, que tienen lugar entre bases dispuestas paralelamente (a modo de monedas apiladas), son ensenciales para estabilizar la estructura tridimensional de los acidos nucelicos.

DISPOSICION COPLNAR DE LOS ENLACES DE CADA ANILLO (C-N Y C-C)

Se debe al carácter aromatico, y se puede observa r en modelos espaciales:

TAUTOMERIA O SIOMERIA DINAMICAS

Es una isomeria de grupos funcionales. Consiste, con carácter general, en la migración de los atomo hidrogeno unido a un atomo de C, O o N hacia otro atomo adyacente. El tipoo mas frecuente es la tautomeria ceto-enólica.

Son muchos los compuestos orgánicos que existen como mezclas de 2 o mas de estas formas tautométricas, interconvertibles y en equilibrio. Entre los compuestos heterocíclicos son de especial importancia las tautomerias en las bases purinicas y pirimidinicas, en las cuales la migración del H tiene lugar desde un átomo de N nuclear hacia otro átomo extranuclear, y viceversa:

En consecuencia, las tautomerías de las bases nitrogenadas son las siguientes:

Desde el punto de vista químico, en las bases libres las formas tautoméricas lactima (enol) e imina son menos estables, y por ello son unas 10.000 veces menos abundantes que sus correspondientes tautomeros lactama (ceto) y amina, con lo que el equilibrio se encuentra desplazado hacia la izquierda.

CARÁCTER BÁSICO

Todas las bases nitrogenadas son bases debiles, pues sus atomos de N, tanto nucleares como extranucleares, se pueden protonar, con valores de pKa comprendidos entre 9 y 10. Como ejemplo representativo, obsérvese la ionización de la adenina:

Sin embrago, este carácter basico, propio de los anillos purina y pirimidina, se ve disminuido por la presencia de algunos sustituyentes. En concreto, el gurpo –OH de los enoles (y lactimas) es ligeramente acido y puede disociarse:

Como consecuencia, las bases nitrogenadas que poseen gurpos lactama (ceto) pueden actuar como acidos, a trabes de sus tautomeros lactima (enol), con lo cual se ve reducido el carácter basico propio de los anillos, en mayor medida cuanto mayor sea el numero de grupos –OH. Vease los templos siguientes:

a) A es la unica base que no tiene grupo ceto/enol y, por tanto, no muestra ningun carácter acido y es mas basica de todas.

b) En Cy G, el unico grupo OH aporta un carácter acido muy debil, por lo que siguen comportandode como bases:

c) en T y U, la presencia de dos grupos OH compensa en mayor grado el carcter basico:

d) como ejemplo extremo, el acido úrico (base nitrogenada con tres grupos OH) ya muestra un marcado carácter acido (aunque no es un acido fuerte):

Esta disociación, como acidos, de los grupos enol compensa en parte el desequilibrio tautomerico anteriormente cosiderado, aumentado la presencia de la formas lactima (enol). No ocurre un efecto similar con las formas amina, por lo que en la practica es común en las bases nitrogenadas solo se describa la tautomería lactama-lactima, de mayor trascendencia biológica.

ABSORCION DE LA LUZ EN EL ULTRAVIOLETA

Es una propiedad característica de las bases purinica y pirimidinicas, debida a su carácter aromatico. En los espectros de absorción, a pH=7, se observa una fuerte absorción de la luz en el ultravioleta (UV), con un máximo cerca de 260 mm para todas ellas.

El mantenimiento de esta propiedad en nucleosidos, nucleótidos y acidos nucleicos, de los que las bases forman parte, permite su utilización analítica en estos compuestos; por ejemplo, para la cuantificación de acidos nucleicos

NUCLEOSIDO Y NUCLEOTIDO

ESTRUCTURA DE NUCLEOSIDOS

Corresponde al esquema general: nucleosido=base nutrogenada +azúcar, también pueden considerarse como el producto de la hidrolisis de los nucleótidos, con liberación de fosfato inorgánico. Equivale, por tanto, a un nucleótido carente de fosfatos.

CARACTERISTICAS GENERALES

La unión covalente (enlace N-glicosidico) entre la base y el azúcar (ribosa o desoxirribosa) se establece entre el C-1’ (carbono anomerico) del azúcar y el N-1 del anillo pirimidinico o el N-9 del anillo purinico, con perdida de una molecula de agua.

TIPOS DE NUCELOSIDOS

Debe distiguirse entre nucleosidos constituyentes de acidos nucleicos y otros nucleosidos de internes biológico y clínico. Su descripción siempre se hace en función de la naturaleza química de la base y del azúcar.

NUCLEOSIDOS QUE FORMAN PARTE DE ACIDOS NUCLEICOS

La distinción entre ribonucleosidos y desoxirribonucleosidos estriba, obviamente, en la presencia de ribosa o desoxirribosa en la molecula.