Nucleótidos y Ácidos Nucleicos: Componentes y Estructuras

TEMA 6

Nucleótidos y Ácidos Nucleicos

Componentes de un nucleótido

base N + pentosa + fosfato Nucleótidos están compuestos una base, un azúcar y un grupo fosfato.

Purine or pyrimidine base 0- 5' Phosphate 0-P-O-CH2 O ß II 0 4 1' H H Pentose H H 3' 2' OH OH (a)

Azúcares de los ácidos nucléicos

RNA

DNA

H H H 5' C OH HO OH O 4' 1' 4' 1' H H H H H H H 3' 2' 3' 2' HO OH HO H Ribose Deoxyribose Figure 33.3 Biochemistry: A Short Course, Second Edition @ 2013 W. H. Freeman and Company

1 H 5' C HO O HNH2 ·N N H H N 1 H Adenine C H ·N 'N H N H2N N 1 H Guanine H H N 4 3 5 PYRIMIDINES 2 6 1 H N H Z-I H O N H O H H Pyrimidine Cytosine Uracil Thymine Figure 33.5 Biochemistry: A Short Course, Second Edition @ 2013 W. H. Freeman and Company

H ·N N 6 7 1 5 H 2 4 9 3 H N 1 H Purine NH2 C H H H H CH3 N N N O Z-I PURINES 8 N NNH2 N. ß-Glycosidic linkage H2 9 N N HO- C O N C1' H HO OH Figure 33.6 Biochemistry: A Short Course, Second Edition @ 2013 W. H. Freeman and Company

Nucleósido vs Nucleótido

Nucleósido

• Componentes: Base nitrogenada + Azúcar pentosa.
• Estructura de la Base Nitrogenada: Adenina, Guanina, Citosina, Timina (solo ADN) o Uracilo (solo ARN).
• Tipo de Azúcar:
  • Ribosa (en ARN).
  • Desoxirribosa (en ADN).
• Enlace: Enlace B-glicosídico entre el carbono 1' del azúcar y el nitrógeno de la base nitrogenada (N9 para purinas, N1 para pirimidinas).
• Función: Componente básico de los nucleótidos; se convierte en nucleótido cuando se fosforila.

Nucleótido

• Componentes: Base nitrogenada + Azúcar pentosa + Uno o más grupos fosfato.
• Estructura de la Base Nitrogenada: Adenina, Guanina, Citosina, Timina (solo ADN) o Uracilo (solo ARN).
• Tipo de Azúcar:
  • Ribosa (en ARN).
  • Desoxirribosa (en ADN).
• Grupo Fosfato: Uno o más grupos fosfato unidos al carbono 5' del azúcar.
• Enlace entre Azúcar y Base Nitrogenada: Mismo enlace -glicosídico que en los nucleósidos.
• Enlace entre Azúcar y Fosfato: Enlace fosfoéster entre el grupo fosfato y el carbono 5' del azúcar.
• Función: Monómero para la construcción de ácidos nucleicos (ADN y ARN); participa en procesos celulares como la transferencia de energía (ej. ATP) y señalización (ej. cAMP).

Estructura Química de los Nucleótidos que forman el ADN y el ARN

0 NH CH3 N N N HN HN 0 0 0- 0-P-O-CH O. 0-P-O-CH2_O Ö H H H H H H H H H HỌ OH H Nucleotide: Deoxyadenylate (deoxyadenosine 6'-monophosphate) Deoxyguanylate (deoxyguanosine 5'-monophosphate) Deoxythymidylate (deoxythymidine 5'-monophosphate) Deoxycytidylate (deoxycytidine 5'-monophosphate) Symbols: Nucleoside: A, dA, dAMP Deoxyadenosine G, dG, dGMP Deoxyguanosine T, dT, dTMP Deoxythymidine C, dC, dCMP Deoxycytidine (a) Deoxyribonucleotides

NH2 0 N N HN N 0 N N 0 0 0 0-P-O-CH2_0 0-P-O-CH .0 0-P-O-CH, 0 H H H H H H OH OH Nucleotide: Adenylate (adenosine 5'-monophosphate) Guanylate (guanosine 5'-monophosphate) Uridylate (uridine 5'-monophosphate) Cytidylate (cytidine 5'-monophosphate) Symbols: A, AMP Adenosine G, GMP Nucleoside: Guanosine U, UMP Uridine C, CMP Cytidine (b) Ribonucleotides LEHNINGER: PRINCIPIOS DE BIOQUIMICA (5ª EDICION)

ö H H H H H H H H OH H OH H HN N 0 N 0 IN N N N 0-P-O-CH2 0 0-P-O-CH __ 0 =0 =0 N HN HON N O N 0 H H H H H H H H H H OH OH OH OH OH OH 0 NH2 N 0-P-O-CH_0 Ő NH2 0

LEHNINGER: PRINCIPIOS DE BIOQUIMICA (5ª EDICION)

Ejemplos de Bases Nitrogenadas Derivadas

5-Methylcytidine

• Básicamente es una citidina (una base que normalmente se encuentra en el ARN) con un grupo metilo adicional en el carbono 5 de la base nitrogenada citosina.
• Este tipo de modificación es común en el ARN y puede afectar la estabilidad del ácido nucleico y la regulación de la expresión génica.

N^6-Methyladenosine

• Aquí, la base adenina tiene un grupo metilo agregado al nitrógeno en la posición 6.
• Es una modificación frecuente en el ARN mensajero (ARNm) y puede influir en procesos como la exportación nuclear del ARNm, su estabilidad y la eficiencia de la traducción.

N^2-Methylguanosine

• En este caso, la guanosina tiene un grupo metilo en el nitrógeno 2 de la base guanina.
• Este tipo de modificación puede ser encontrada en el ARN de transferencia (ARNt) y puede jugar un rol en la estabilidad y la función del ARNt durante la síntesis de proteínas.

5-Hydroxymethylcytidine

• Esta es una citidina con un grupo hidroximetilo (-CH2OH) en el carbono 5 de la base citosina.
• Esta modificación se ha encontrado en el ADN y puede ser importante en la regulación epigenética de la expresión génica.

NH2 CH3 N 5 0 N Ribose 5-Methylcytidine

0 N HN 2 N CH3 -- N N H Ribose N2-Methylguanosine (a)

CH3 NH N N 6 N N Ribose N6-Methyladenosine

NH2 CH2OH N 5 O N Ribose 5-Hydroxymethylcytidine LEHNINGER: PRINCIPIOS DE BIOQUIMICA (5ª EDICION)

Ejemplos de Bases Nitrogenadas Derivadas

Inosina

• Es un nucleósido formado por la base nitrogenada hipoxantina y el azúcar ribosa.
• En el ARN, la inosina puede aparecer como resultado de la deaminación de la adenosina y tiene la capacidad de aparearse con más de una base complementaria, lo que le confiere cierta flexibilidad al apareamiento de bases.

Pseudouridina

• Es un isómero de la uridina, donde el enlace entre la ribosa y la base se forma con el átomo de carbono 5 de la uracila en lugar del nitrógeno 1.
• La pseudouridina es la base nitrogenada modificada más común en el ARNr y el ARNt y está implicada en la estabilidad y la función del ARN debido a su inusual estructura de enlace.

7-Methylguanosina

• Se trata de una guanosina que ha sido metilada en el nitrógeno 7 de la base guanina.
• Esta modificación se encuentra a menudo en el extremo 5' del ARNm eucariótico, formando la "capucha" que es importante para la estabilidad del ARNm y su reconocimiento por el ribosoma durante la iniciación de la traducción.

4-Thiouridina

• Es una uridina en la que el átomo de oxígeno en la posición 4 de la uracila es reemplazado por un átomo de azufre.
• Esta modificación puede encontrarse en el tARN y puede jugar un papel en la protección contra la radiación ultravioleta y en la regulación de la expresión génica.

O O Ribose N HN HN 5 O N H Ribose Inosine Pseudouridine

0 CH3 N+ HN 7 N H2N N 1 Ribose 7-Methylguanosine (b)

S LI HN 4 0 N I Ribose 4-Thiouridine LEHNINGER: PRINCIPIOS DE BIOQUIMICA (5ª EDICION)

N N

Ejemplos de Nucleótidos Derivados

• Adenosina 5'-monofosfato (AMP): Es un nucleótido que tiene un grupo fosfato unido al carbono 5' del azúcar ribosa. El AMP es un componente fundamental del ARN y también puede actuar como mensajero secundario en la forma de cAMP en las células.
• Adenosina 2'-monofosfato: Este es un isomero menos común del AMP donde el grupo fosfato está unido al carbono 2' del azúcar ribosa. No es un componente regular de los ácidos nucleicos y su presencia es generalmente el resultado de ciertas reacciones enzimáticas en el metabolismo de los nucleótidos.
• Adenosina 3'-monofosfato: Similar al AMP, pero en este caso, el grupo fosfato está unido al carbono 3' del azúcar ribosa. Aunque no es tan común como el AMP en el ARN, puede surgir durante el proceso de degradación del ARN.
• Adenosina 2',3'-cíclico monofosfato (cAMP cíclico): Es un nucleótido cíclico donde el grupo fosfato forma un enlace éster con ambos, los carbonos 2' y 3' de la ribosa, creando un anillo de fosfato cíclico. Los nucleótidos cíclicos actúan como segundos mensajeros en varias vías de señalización celular y son importantes en procesos como la respuesta a hormonas y la regulación de la actividad enzimática.

Adenine HO-CH2_O. H H H H 2 OH 0-P-0 Adenosine 2'-monophosphate

Adenine HO-CH2_O. H H V H 3º 0 OH 0-P-O C Adenosine 3'-monophosphate

Adenine HO-CH2_O. H H H H 3' 2' 0 0 P - 0 O Adenosine 2',3'-cyclic monophosphate LEHNINGER: PRINCIPIOS DE BIOQUIMICA (5ª EDICION)

0- Adenine T 5º "O-P-O-CH2 .0 ! Ö 4' 1' H H H H 2 OH OH Adenosine 5'-monophosphate -0-A=0 H

Enlace FOSFODIESTER entre nucleótidos

• Dos nucleótidos van a poder unirse entre sí mendiante un enlace fosfoéster (fosfodiéster).
• Este enlace (flecha roja) se forma entre un -OH del ácido fosfórico de un nucleótido y el -OH del carbono número 3 del azúcar del otro nucleótido con formación de una molécula de agua.
• La unión de otros nucleótidos dará lugar a un polinucleótido.
• Los extremos libres 5' y 3' marcan el sentido de la cadena polinucleotídica.

NH 2 N CH C H C HO-P=0 N -¢ 0 CH. NH 2 I H C H N CH 0 HO-P=0 C 9 C N CH. H 1 H H 3' +-OH OH H OH CH 0

DNA

5' End 5' End 0 "0-P=0 0- A BCH O H H H H H H bộ 0 H 0 OH 0-P-0 0 G & CH 0 BCH 0 H H H 0 H OH "0-P=0 "O-P=0 O C 5 5 CH2 0 H H H H 9 0 H 0 OH "0-P-0 0-P-O 0- C B CH BCH 0 H H H H H H 0 H 0 OH 0-P-0 -O-P-0 -0- A &CH2 0 H H H Ħ 0 H 0 OH 3' Bnd 3' End @ 2013 W. H. Freeman and Company Biochemistry: A Short Course, Second Edition ... Figure 33.2

Estructura primaria de los ácidos nucleicos

Sugar Phosphate Sugar Base; Phosphate Sugar Base;+1 Phosphate Sugar Base;+2 Phosphate Sugar Phosphate ... LEHNINGER: PRINCIPIOS DE BIOQUIMICA (5" EDICION)

Phosphodiester linkage 0-P-0 0 T H H H H G 5' S'CH O. H H 3' H C .0 H H A &CH ___ 0 H H H H 0 0 H H RNA "0-P=0

Propiedades de los nucleótidos: Absorbancia a 260 nm

• Absorbancia a 260 nm:
  • La longitud de onda de 260 nm es donde los nucleótidos y los ácidos nucleicos en general tienen una alta absorbancia, y es por esto que se utiliza esta longitud de onda para su detección y cuantificación.
  • La absorbancia en esta longitud de onda se debe a las bases nitrogenadas que contienen estructuras aromáticas y dobles enlaces conjugados que absorben la luz UV.
• Coeficiente de Absorción Molar:
  • El coeficiente de absorción molar a 260 nm indica la eficiencia con la que cada nucleótido absorbe la luz UV a esta longitud de onda.
  • Los valores en el cuadro muestran que AMP tiene la mayor absorbancia molar (15,400 M^-1 cm^-1), seguido por GMP, CMP, UMP y dTMP. Esto significa que a 260 nm, el AMP absorbe más luz UV por molécula que los otros nucleótidos listados.
• Uso en Bioquímica:
  • Estos datos son fundamentales para técnicas de laboratorio que involucran la cuantificación de ácidos nucleicos. Por ejemplo, al medir la absorbancia a 260 nm de una solución, se puede estimar la concentración de ADN o ARN presente.

AMP GMP 14,000 14,000 Molar absorption coefficient, € 12,000 12,000 dTMP UMP 10,000 10,000 GMP 11,700 CMP 7,500 UMP 9,900 dTMP 9,200 4,000 2,000 230 240 250 260 270 280 Wavelength (nm) Molar absorption coefficient, € CMP 8,000 8,000 6,000 6,000 4,000 2,000 230 240 250 260 270 280 Wavelength (nm) Molar absorption coefficient at 260 nm, €:260 (M-1cm-1) AMP 15,400 LEHNINGER: PRINCIPIOS DE BIOQUIMICA (5ª EDICIÓN)