Generalidad
Las bases nitrogenadas son compuestos orgánicos heterocíclicos aromáticos, que contienen átomos de nitrógeno, que participan en la constitución de los nucleótidos.
Fruto de la unión de una base nitrogenada, una pentosa (es decir, un azúcar con 5 átomos de carbono) y un grupo fosfato, los nucleótidos son las unidades moleculares que componen los ácidos nucleicos ADN y ARN.
En el ADN, las bases nitrogenadas son: adenina, guanina, citosina y timina; en "ARN, son iguales, excepto timina, en lugar de la cual c" es una base nitrogenada llamada uracilo.
A diferencia de las del ARN, las bases nitrogenadas del ADN forman pares o pares de bases, cuya presencia es posible porque el ADN tiene una estructura de nucleótidos bicatenaria.
La expresión génica depende de la secuencia de bases nitrogenadas unidas a los nucleótidos del ADN.
¿Qué son las bases nitrogenadas?
Las bases nitrogenadas son las moléculas orgánicas, que contienen nitrógeno, que participan en la constitución de los nucleótidos.
Formados cada uno por una base nitrogenada, un azúcar de 5 carbonos (pentosa) y un grupo fosfato, los nucleótidos son las unidades moleculares que componen los ácidos nucleicos ADN y ARN.
Los ácidos nucleicos ADN y ARN son las macromoléculas biológicas, de las que depende el desarrollo y buen funcionamiento de las células de un ser vivo.
LAS BASES NITRÓGENAS DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS
Las bases nitrogenadas que componen los ácidos nucleicos del ADN y del ARN son: adenina, guanina, citosina, timina y uracilo.
La adenina, la guanina y la citosina son comunes a ambos ácidos nucleicos, es decir, forman parte tanto de los nucleótidos de ADN como de los nucleótidos de ARN. La timina es exclusiva del ADN, mientras que el uracilo es exclusivo del ARN.
Haciendo un breve resumen, por tanto, las bases nitrogenadas que forman un ácido nucleico (ya sea ADN o ARN) pertenecen a 4 tipos diferentes.
ABREVIATURAS DE BASES DE NITRÓGENO
Químicos y biólogos han considerado oportuno acortar los nombres de las bases nitrogenadas con una sola letra del alfabeto, de esta forma han facilitado y agilizado la representación y descripción de los ácidos nucleicos en los textos.
L "adenina coincide con la letra A mayúscula; guanina con la letra G mayúscula; citosina con la letra C mayúscula; timina con la letra T mayúscula; finalmente, l" uracilo con la letra U mayúscula.
Clases y estructura
Hay dos clases de bases nitrogenadas: la clase de bases nitrogenadas que derivan de la pirimidina y la clase de bases nitrogenadas que derivan de la purina.
Figura: estructura química genérica de una pirimidina y una purina.
Las bases nitrogenadas que se derivan de la pirimidina también se conocen con los nombres alternativos de: pirimidina o bases nitrogenadas de pirimidina; mientras que las bases nitrogenadas que derivan de la purina también se conocen con los términos alternativos de: purina o bases nitrogenadas de purina.
La citosina, timina y uracilo pertenecen a la clase de bases nitrogenadas de pirimidina; la adenina y la guanina, por otro lado, constituyen la clase de bases nitrogenadas de purina.
Ejemplos de derivados de purina, distintos de las bases nitrogenadas de ADN y ARN
Entre los derivados de purina, también hay compuestos orgánicos que no son bases nitrogenadas de ADN y ARN. Por ejemplo, compuestos como cafeína, xantina, hipoxantina, teobromina y ácido úrico entran en la categoría anterior.
¿QUÉ SON LAS BASES DE NITRÓGENO DESDE EL PUNTO DE VISTA QUÍMICO?
Los químicos orgánicos definen las bases nitrogenadas y todos los derivados de purina y pirimidina como compuestos heterocíclicos aromáticos.
- Un compuesto heterocíclico es un compuesto de anillo orgánico (o cíclico) que, en el anillo mencionado anteriormente, tiene uno o más átomos distintos del carbono. En el caso de las purinas y pirimidinas, los átomos distintos del carbono son los átomos de nitrógeno.
- Un compuesto aromático es un compuesto de anillo orgánico que tiene características estructurales y funcionales similares a las del benceno.
ESTRUCTURA
Figura: estructura química del benceno.
La estructura química de las bases nitrogenadas derivadas de la pirimidina consiste principalmente en un solo anillo con 6 átomos, 4 de los cuales son carbono y 2 de los cuales son nitrógeno.
De hecho, una base nitrogenada de pirimidina es una pirimidina con uno o más sustituyentes (es decir, un solo átomo o grupo de átomos) unidos a uno de los átomos de carbono del anillo.
Por otro lado, la estructura química de las bases nitrogenadas derivadas de la purina consiste principalmente en un doble anillo con 9 átomos en total, 5 de los cuales son carbono y 4 de los cuales son nitrógeno. El doble anillo mencionado anteriormente con 9 átomos en total se deriva de la fusión de un anillo piridimínico (es decir, el anillo de pirimidina) con un anillo de imidazol (es decir, el anillo de imidazol, otro compuesto orgánico heterocíclico).
Figura: estructura de imidazol.
Como se sabe, el anillo de pirimidina contiene 6 átomos; mientras que el anillo de imidazol contiene 5. Con la fusión, los dos anillos ponen en común dos átomos de carbono cada uno y esto explica por qué la estructura final contiene, específicamente, 9 átomos.
POSICIÓN DE LOS ÁTOMOS DE NITRÓGENO EN PURINAS Y PIRIMIDINAS
Para simplificar el estudio y la descripción de las moléculas orgánicas, los químicos orgánicos pensaron en asignar un número de identificación a los carbonos y todos los demás átomos de las estructuras de soporte. La numeración siempre empieza desde 1, se basa en criterios de asignación muy concretos (que, aquí, es mejor dejar fuera) y sirve para establecer la posición de cada átomo dentro de la molécula.
Para las pirimidinas, los criterios de asignación numérica establecen que los 2 átomos de nitrógeno ocupan la posición 1 y la posición 3, mientras que los 4 átomos de carbono residen en las posiciones 2, 4, 5 y 6.
Para las purinas, en cambio, los criterios de asignación numérica establecen que los 4 átomos de nitrógeno ocupan las posiciones 1, 3, 7 y 9, mientras que los 5 átomos de carbono residen en las posiciones 2, 4, 5, 6 y 8.
Posición en los nucleótidos
La base nitrogenada de un nucleótido siempre se une al carbono en la posición 1 de la pentosa correspondiente, a través de un enlace covalente N-glicosídico.
En particular,
- los bases nitrogenadas que se derivan de la pirimidina forman el enlace N-glicosídico, a través de su nitrógeno en la posición 1;
- Mientras que la bases nitrogenadas que se derivan de la purina forman el enlace N-glicosídico, a través de su nitrógeno en la posición 9.
En la estructura química de los nucleótidos, la pentosa representa el elemento central, al que se unen la base nitrogenada y el grupo fosfato.
El enlace químico que une el grupo fosfato a la pentosa es del tipo fosfodiéster e involucra un oxígeno del grupo fosfato y el carbono en la posición 5 de la pentosa.
¿CUÁNDO LAS BASES DE NITRÓGENO FORMAN UN NUCLEÓSIDO?
La combinación de una base nitrogenada y una pentosa forma una molécula orgánica que toma el nombre de nucleósido.
Por lo tanto, es la adición del grupo fosfato lo que convierte los nucleósidos en nucleótidos.
Además, según una definición particular de nucleótidos, estos compuestos orgánicos serían "nucleósidos que tienen uno o más grupos fosfato unidos al carbono 5 de la pentosa constituyente".
Organización en el ADN
El ADN, o ácido desoxirribonucleico, es una gran molécula biológica formada por dos cadenas muy largas de nucleótidos (o cadenas de polinucleótidos).
Estos filamentos de polinucleótidos tienen algunas características, que merecen una mención especial porque también afectan de cerca a las bases nitrogenadas:
- Están unidos entre sí.
- Están orientados en direcciones opuestas ("filamentos antiparalelos").
- Se envuelven entre sí, como si fueran dos espirales.
- Los nucleótidos que los constituyen tienen tal disposición, de manera que las bases nitrogenadas se orientan hacia el eje central de cada espiral, mientras que las pentosas y los grupos fosfato forman el andamiaje externo de esta última.
La singular disposición de los nucleótidos provoca que cada base nitrogenada de uno de los dos filamentos polinucleotídicos se una, mediante enlaces de hidrógeno, a una base nitrogenada presente en el otro filamento. Esta unión, por tanto, crea un apareamiento de bases, apareamiento que biológicos y genetistas llámalo emparejamiento o par de bases.
Poc "efectivamente se ha afirmado que los dos filamentos están unidos entre sí: para determinar la unión están los enlaces existentes entre las diversas bases nitrogenadas de los dos filamentos polinucleotídicos.
CONCEPTO DE COMPLEMENTARIDAD ENTRE BASES DE NITRÓGENO
Al estudiar la estructura del ADN, los investigadores encontraron que el emparejamiento entre bases nitrogenadas es muy específico, de hecho, notaron que la adenina solo se une a la timina, mientras que la citosina solo se une a la guanina.
A la luz de este descubrimiento, acuñaron el término “complementariedad entre bases nitrogenadas”, para indicar el enlace unívoco entre adenina con timina y citosina con guanina.
La identificación del emparejamiento complementario entre bases nitrogenadas representó la piedra angular para explicar las dimensiones físicas del ADN y la estabilidad particular que disfrutan las dos cadenas de polinucleótidos.
El biólogo estadounidense James Watson y el biólogo inglés Francis Crick, en 1953, hicieron una contribución decisiva al descubrimiento de la estructura del ADN (desde el "enrollamiento en espiral de las dos hebras polinucleotídicas" hasta el apareamiento entre bases nitrogenadas complementarias).
Con la formulación del llamado "modelo de doble hélice", Watson y Crick tuvieron una "intuición increíble, que representó un punto de inflexión histórico en el campo de la biología molecular y la genética".
De hecho, el descubrimiento de la estructura exacta del ADN permitió estudiar y comprender los procesos biológicos que involucran al ácido desoxirribonucleico: desde cómo se replica o forma el ARN hasta cómo genera proteínas.
LOS BONOS QUE UNEN LOS PARES DE BASES DE NITRÓGENO
Para unir dos bases nitrogenadas en una molécula de ADN, formando pares complementarios, hay una serie de enlaces químicos, conocidos como enlaces de hidrógeno.
La adenina y la timina interactúan entre sí mediante dos enlaces de hidrógeno, mientras que la guanina y la citosina mediante tres enlaces de hidrógeno.
¿CUÁNTOS PARES DE BASES DE NITRÓGENO CONTIENE UNA MOLÉCULA DE ADN HUMANO?
Una molécula de ADN humano genérico contiene alrededor de 3.300 millones de pares de bases nitrogenadas, que son aproximadamente 3.300 millones de nucleótidos por hebra.
Figura: interacción química entre adenina y timina y entre guanina y citosina. El lector puede notar la posición y el número de enlaces de hidrógeno que mantienen unidas las bases nitrogenadas de dos cadenas de polinucleótidos.
Organización en el ARN
A diferencia del ADN, el ARN o el ácido ribonucleico, es un ácido nucleico que generalmente está compuesto por una sola hebra de nucleótidos.
Por lo tanto, las bases nitrogenadas que lo constituyen están "desaparecidas".
Sin embargo, debe señalarse que la falta de una cadena de base nitrogenada complementaria no excluye la posibilidad de que las bases nitrogenadas del ARN puedan emparejarse como las del ADN.
En otras palabras, las bases nitrogenadas de una sola hebra de ARN pueden emparejarse, de acuerdo con las leyes de complementariedad entre bases nitrogenadas, al igual que las bases nitrogenadas del ADN.
El apareamiento complementario entre bases nitrogenadas de dos moléculas de ARN distintas es la base del importante proceso de síntesis de proteínas (o síntesis de proteínas).
EL URACILE REEMPLAZA A TIMINA
En el "ARN", el uracilo reemplaza la timina del ADN no solo en la estructura, sino también en el emparejamiento complementario: de hecho, es la base nitrogenada la que se une específicamente a la adenina, cuando dos moléculas distintas de ARN aparecen para funciones funcionales. razones.
Papel biológico
La expresión de los genes depende de la secuencia de bases nitrogenadas unidas a los nucleótidos del ADN. Los genes son segmentos más o menos largos de ADN (por lo tanto, segmentos de nucleótidos), que contienen la información indispensable para la síntesis de proteínas. Formados por aminoácidos, proteínas son macromoléculas biológicas, que juegan un papel fundamental en la regulación de los mecanismos celulares de un organismo.
La secuencia de bases nitrogenadas de un gen dado especifica la secuencia de aminoácidos de la proteína relacionada.
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