Las nucleobases ( bases nitrogenadas o simplemente bases ) son compuestos biológicos que contienen nitrógeno y que forman nucleósidos , que a su vez son componentes de los nucleótidos , constituyendo todos estos monómeros los componentes básicos de los ácidos nucleicos . La capacidad de las nucleobases para formar pares de bases y apilarse unas sobre otras conduce directamente a estructuras helicoidales de cadena larga como el ácido ribonucleico (ARN) y el ácido desoxirribonucleico (ADN). Cinco nucleobases: adenina (A), citosina (C), guanina (G), timina (T) y uracilo (U), se denominan primarias o canónicas . Funcionan como las unidades fundamentales del código genético , encontrándose las bases A, G, C y T en el ADN mientras que A, G, C y U se encuentran en el ARN. La timina y el uracilo se distinguen simplemente por la presencia o ausencia de un grupo metilo en el quinto carbono (C5) de estos anillos heterocíclicos de seis miembros. [1] [ página necesaria ] Además, algunos virus tienen aminoadenina (Z) en lugar de adenina. Se diferencia en que tiene un grupo amino adicional , lo que crea un enlace más estable con la timina. [2]
La adenina y la guanina tienen una estructura esquelética de anillo fusionado derivada de purina , de ahí que se les llame bases purínicas . Las bases nitrogenadas purínicas se caracterizan por su único grupo amino ( -NH2 ), en el carbono C6 de la adenina y C2 de la guanina. [3] De manera similar, la estructura de anillo simple de la citosina, el uracilo y la timina se deriva de la pirimidina , por lo que esas tres bases se denominan bases de pirimidina .
Cada uno de los pares de bases en un ADN de doble hélice típico comprende una purina y una pirimidina: ya sea una A emparejada con una T o una C emparejada con una G. Estos pares purina-pirimidina, que se denominan complementos de bases , conectan las dos hebras. de la hélice y a menudo se comparan con los peldaños de una escalera. Sólo el emparejamiento de purina con pirimidina garantiza una anchura constante del ADN. El par A-T se basa en dos enlaces de hidrógeno , mientras que el par C-G se basa en tres. En ambos casos, los enlaces de hidrógeno se encuentran entre los grupos amina y carbonilo de las bases complementarias.
Es posible que se hayan formado nucleobases como adenina, guanina, xantina , hipoxantina , purina, 2,6-diaminopurina y 6,8-diaminopurina tanto en el espacio exterior como en la Tierra. [4] [5] [6]
El origen del término base refleja las propiedades químicas de estos compuestos en reacciones ácido-base , pero esas propiedades no son especialmente importantes para comprender la mayoría de las funciones biológicas de las nucleobases.
A los lados de la estructura del ácido nucleico, las moléculas de fosfato conectan sucesivamente los dos anillos de azúcar de dos monómeros de nucleótidos adyacentes, creando así una biomolécula de cadena larga . Estas uniones de cadenas de fosfatos con azúcares ( ribosa o desoxirribosa ) crean las hebras "columna vertebral" de una biomolécula de hélice simple o doble. En la doble hélice del ADN, las dos hebras están orientadas químicamente en direcciones opuestas, lo que permite el emparejamiento de bases al proporcionar complementariedad entre las dos bases y que es esencial para la replicación o transcripción de la información codificada que se encuentra en el ADN.
El ADN y el ARN también contienen otras bases (no primarias) que se han modificado después de que se ha formado la cadena de ácido nucleico. En el ADN, la base modificada más común es la 5-metilcitosina (m 5 C). En el ARN, hay muchas bases modificadas, incluidas las contenidas en los nucleósidos pseudouridina (Ψ), dihidrouridina (D), inosina (I) y 7-metilguanosina (m 7 G). [7] [8]
La hipoxantina y la xantina son dos de las muchas bases creadas mediante la presencia de mutágeno , ambas mediante desaminación (reemplazo del grupo amino por un grupo carbonilo). La hipoxantina se produce a partir de adenina, la xantina a partir de guanina, [9] y el uracilo resulta de la desaminación de la citosina.
Estos son ejemplos de adenosina o guanosina modificada.
Estos son ejemplos de citidina, timidina o uridina modificada.
Existe una gran cantidad de análogos de nucleobases. Las aplicaciones más comunes son las utilizadas como sondas fluorescentes, ya sea directa o indirectamente, como las de aminoalilo nucleótido , que se utilizan para marcar ARNc o ADNc en microarrays . Varios grupos están trabajando en pares de bases "extra" alternativos para ampliar el código genético, como la isoguanina y la isocitosina o las fluorescentes 2-amino-6-(2-tienil)purina y pirrol-2-carbaldehído. [10] [11]
En medicina, varios análogos de nucleósidos se utilizan como agentes anticancerígenos y antivirales. La polimerasa viral incorpora estos compuestos con bases no canónicas. Estos compuestos se activan en las células al convertirse en nucleótidos; se administran como nucleósidos ya que los nucleótidos cargados no pueden atravesar fácilmente las membranas celulares. [ cita necesaria ] Al menos un conjunto de nuevos pares de bases se anunció en mayo de 2014. [12]
Para comprender cómo surgió la vida es necesario conocer las vías químicas que permiten la formación de los componentes clave de la vida en condiciones prebióticas plausibles . Según la hipótesis del mundo del ARN, en la sopa primordial había ribonucleótidos que flotaban libremente . Estas fueron las moléculas fundamentales que se combinaron en serie para formar ARN . Moléculas tan complejas como el ARN debieron surgir de pequeñas moléculas cuya reactividad estaba regida por procesos fisicoquímicos. El ARN está compuesto de nucleótidos de purina y pirimidina , los cuales son necesarios para la transferencia confiable de información y, por lo tanto, para la evolución darwiniana . Nam et al. [13] demostraron la condensación directa de nucleobases con ribosa para dar ribonucleósidos en microgotas acuosas, un paso clave que conduce a la formación de ARN. Becker et al. obtuvieron resultados similares. [14]