Las bases nucleotídicas [1] (también nucleobases , bases nitrogenadas ) son compuestos biológicos que contienen nitrógeno que forman nucleósidos , que, a su vez, son componentes de los nucleótidos , y todos estos monómeros constituyen los bloques básicos de construcción 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 , y las bases A, G, C y T se encuentran 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. [2] [ página requerida ] 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. [3]
La adenina y la guanina tienen una estructura esquelética de anillo fusionado derivada de la purina , por lo que se denominan bases de purina . [4] Las bases nitrogenadas de purina se caracterizan por su único grupo amino ( −NH2 ), en el carbono C6 en la adenina y C2 en la guanina. [5] 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 . [6]
Cada uno de los pares de bases de una doble hélice de ADN típica está formado por una purina y una pirimidina: una A emparejada con una T o una C emparejada con una G. Estos pares de purina-pirimidina, llamados complementos de bases , conectan las dos hebras de la hélice y suelen compararse con los peldaños de una escalera. Solo el emparejamiento de purina con pirimidina garantiza un ancho constante para el ADN. El emparejamiento A–T se basa en dos enlaces de hidrógeno , mientras que el emparejamiento C–G se basa en tres. En ambos casos, los enlaces de hidrógeno se dan entre los grupos amina y carbonilo de las bases complementarias.
Es posible que las nucleobases como la adenina, la guanina, la xantina , la hipoxantina , la purina, la 2,6-diaminopurina y la 6,8-diaminopurina se hayan formado tanto en el espacio exterior como en la Tierra. [7] [8] [9]
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.
En 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 de la "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 apareamiento 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. [ cita requerida ]
El ADN y el ARN también contienen otras bases (no primarias) que se han modificado después de que se haya 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). [10] [11]
La hipoxantina y la xantina son dos de las muchas bases que se crean mediante la presencia de mutágenos , ambas a través de la desaminación (reemplazo del grupo amina por un grupo carbonilo). La hipoxantina se produce a partir de la adenina, la xantina a partir de la guanina [12] y el uracilo resulta de la desaminación de la citosina.
Estos son ejemplos de adenosina o guanosina modificadas.
Estos son ejemplos de citidina, timidina o uridina modificadas.
Existe una gran cantidad de análogos de nucleobases. Las aplicaciones más comunes se utilizan como sondas fluorescentes, ya sea directa o indirectamente, como el nucleótido aminoalilo , que se utiliza para marcar ARNc o ADNc en microarrays . Varios grupos están trabajando en pares de bases "extra" alternativos para extender el código genético, como la isoguanina y la isocitosina o los fluorescentes 2-amino-6-(2-tienil)purina y pirrol-2-carbaldehído. [13] [14]
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 ser convertidos en nucleótidos; se administran como nucleósidos , ya que los nucleótidos cargados no pueden atravesar fácilmente las membranas celulares. [ cita requerida ] Al menos un conjunto de nuevos pares de bases se ha anunciado en mayo de 2014. [15]
Para entender cómo surgió la vida , se requiere el conocimiento de las vías químicas que permiten la formación de los bloques fundamentales de la vida en condiciones prebióticas plausibles . Según la hipótesis del mundo del ARN , los ribonucleótidos que flotaban libremente estaban presentes en la sopa primordial . Estas fueron las moléculas fundamentales que se combinaron en serie para formar el ARN . Moléculas tan complejas como el ARN deben haber surgido de pequeñas moléculas cuya reactividad estaba gobernada por procesos fisicoquímicos. El ARN está compuesto de nucleótidos de purina y pirimidina , ambos necesarios para la transferencia confiable de información y, por lo tanto, la evolución darwiniana . Nam et al. [16] demostraron la condensación directa de nucleobases con ribosa para dar ribonucleósidos en microgotas acuosas, un paso clave que conduce a la formación del ARN. Becker et al. obtuvieron resultados similares [17] .