La ribosa es un azúcar simple y un carbohidrato con fórmula molecular C 5 H 10 O 5 y composición en forma lineal H − (C = O) − (CHOH) 4 −H. La forma natural, d -ribosa , es un componente de los ribonucleótidos a partir de los cuales se construye el ARN , por lo que este compuesto es necesario para codificar , decodificar , regular y expresar genes . Tiene un análogo estructural , la desoxirribosa , que es un componente igualmente esencial del ADN . La l -ribosa es un azúcar no natural que fue preparado por primera vez por Emil Fischer y Oscar Piloty en 1891. [3] No fue hasta 1909 que Phoebus Levene y Walter Jacobs reconocieron que la d -ribosa era un producto natural , el enantiómero de Fischer y Piloty. Producto y componente esencial de los ácidos nucleicos . [4] [5] [6] Fischer eligió el nombre "ribosa" ya que es una reordenación parcial del nombre de otro azúcar, arabinosa , del cual la ribosa es un epímero en el carbono 2'; ambos nombres también se refieren a la goma arábiga , de la que se aisló por primera vez la arabinosa y con la que se preparó la l -ribosa . [6] [7]
Como la mayoría de los azúcares, la ribosa existe como una mezcla de formas cíclicas en equilibrio con su forma lineal, y éstas se interconvierten fácilmente, especialmente en solución acuosa . [8] El nombre "ribosa" se utiliza en bioquímica y biología para referirse a todas estas formas, aunque se utilizan nombres más específicos para cada una cuando es necesario. En su forma lineal, la ribosa puede reconocerse como el azúcar pentosa con todos sus grupos funcionales hidroxilo en el mismo lado en su proyección de Fischer . La d -ribosa tiene estos grupos hidroxilo en el lado derecho y está asociada con el nombre sistemático (2 R , 3 R , 4 R ) -2,3,4,5-tetrahidroxipentanal, [9] mientras que la l -ribosa tiene su hidroxilo. Los grupos aparecen en el lado izquierdo en una proyección de Fischer. La ciclación de la ribosa se produce mediante la formación de hemiacetal debido al ataque al aldehído por el grupo hidroxilo C4' para producir una forma furanosa o por el grupo hidroxilo C5' para producir una forma piranosa . En cada caso, hay dos resultados geométricos posibles, denominados α y β y conocidos como anómeros , dependiendo de la estereoquímica en el átomo de carbono hemiacetal (el "carbono anomérico"). A temperatura ambiente, aproximadamente el 76% de la d -ribosa está presente en formas de piranosa [8] : 228 (α:β = 1:2) [10] y el 24% en formas de furanosa [8] : 228 (α:β = 1:3), [10] con sólo aproximadamente el 0,1% de la forma lineal presente. [11] [12]
Los ribonucleósidos adenosina , citidina , guanosina y uridina son todos derivados de la β- d -ribofuranosa. Las especies metabólicamente importantes que incluyen ribosa fosforilada incluyen ADP , ATP , coenzima A , [8] : 228–229 y NADH . El AMPc y el GMPc sirven como mensajeros secundarios en algunas vías de señalización y también son derivados de la ribosa. La fracción ribosa aparece en algunos agentes farmacéuticos, incluidos los antibióticos neomicina y paromomicina . [10]
La ribosa, como su éster de 5-fosfato, normalmente se produce a partir de glucosa mediante la vía de las pentosas fosfato . Se han identificado vías alternativas al menos en algunas arqueas. [13]
La ribosa se puede sintetizar químicamente, pero la producción comercial se basa en la fermentación de la glucosa. Utilizando cepas genéticamente modificadas de B. subtilis , se pueden producir 90 g/litro de ribosa a partir de 200 g de glucosa. La conversión implica la intermediación de gluconato y ribulosa. [14]
Se ha detectado ribosa en meteoritos . [15] [16]
La ribosa es una aldopentosa (un monosacárido que contiene cinco átomos de carbono y que, en su forma de cadena abierta , tiene un grupo funcional aldehído en un extremo). En el esquema de numeración convencional de los monosacáridos, los átomos de carbono se numeran desde C1' (en el grupo aldehído) hasta C5'. El derivado de desoxirribosa que se encuentra en el ADN se diferencia de la ribosa por tener un átomo de hidrógeno en lugar del grupo hidroxilo en C2'. Este grupo hidroxilo desempeña una función en el empalme del ARN .
La " d -" en el nombre d -ribosa se refiere a la estereoquímica del átomo de carbono quiral más alejado del grupo aldehído (C4'). En la d -ribosa, como en todos los d -azúcares, este átomo de carbono tiene la misma configuración que en el d -gliceraldehído .
Abundancia relativa de formas de ribosa en solución: β- d -ribopiranosa (59%), α -d -ribopiranosa (20%), β- d -ribofuranosa (13%), α- d- ribofuranosa (7%) y abierta cadena (0,1%). [11]
Para los residuos de ribosa en nucleósidos y nucleótidos , los ángulos de torsión para la rotación que abarca los enlaces influyen en la configuración de los respectivos nucleósidos y nucleótidos. La estructura secundaria de un ácido nucleico está determinada por la rotación de sus 7 ángulos de torsión . [17] Tener una gran cantidad de ángulos de torsión permite una mayor flexibilidad.
En las ribosas de anillo cerrado, la flexibilidad observada mencionada anteriormente no se observa porque el ciclo del anillo impone un límite en el número de ángulos de torsión posibles en la estructura. [17] Los conformadores de ribosas de forma cerrada difieren en cuanto a cómo se coloca el oxígeno solitario en la molécula con respecto a la base nitrogenada (también conocida como nucleobase o simplemente base) unida a la ribosa. Si un carbono mira hacia la base, entonces la ribosa se etiqueta como endo. Si un carbono está de espaldas a la base, entonces la ribosa se etiqueta como exo. Si hay una molécula de oxígeno unida al carbono 2' de una ribosa de ciclo cerrado, entonces la confirmación exo es más estable porque disminuye las interacciones del oxígeno con la base. [17] La diferencia en sí es bastante pequeña, pero cuando se observa una cadena completa de ARN, la ligera diferencia equivale a un impacto considerable.
Una molécula de ribosa normalmente se representa como una molécula plana en papel. A pesar de esto, normalmente es de naturaleza no plana. Incluso entre átomos de hidrógeno, los numerosos constituyentes de una molécula de ribosa provocan impedimento estérico y tensión entre ellos. Para aliviar este apiñamiento y tensión del anillo , el anillo se frunce, es decir, se vuelve no plano. [18] Este fruncimiento se logra desplazando un átomo del plano, aliviando la tensión y produciendo una configuración más estable. [17] El fruncimiento, también conocido como conformación del anillo de azúcar (específicamente azúcar ribosa), puede describirse mediante la amplitud del fruncimiento y el ángulo de pseudorotación . El ángulo de pseudorotación se puede describir como rango "norte (N)" o "sur (S)". Si bien ambos rangos se encuentran en dobles hélices, el rango norte se asocia comúnmente con el ARN y la forma A de ADN . Por el contrario, la cordillera sur está asociada con el ADN de forma B. El ADN Z contiene azúcares tanto en el rango norte como en el sur. [19] Cuando solo se desplaza un átomo, se denomina fruncimiento de "envoltura". Cuando dos átomos se desplazan, se denomina fruncimiento de "giro", en referencia a la orientación en zigzag. [20] En un fruncido "endo", el mayor desplazamiento de los átomos se produce en la cara β, el mismo lado que el enlace C4'-C5' y la base. En un fruncido "exo", el mayor desplazamiento de los átomos se produce en la cara α, en el lado opuesto del anillo. Las principales formas de ribosa son el endo fruncido 3' (comúnmente adoptado por el ARN y el ADN en forma A) y el endo fruncido 2' (comúnmente adoptado por el ADN en forma B). [21] Estos fruncidos de los anillos se desarrollan a partir de cambios en los ángulos de torsión de los anillos; hay infinitas combinaciones de ángulos, por lo tanto, hay un número infinito de conformaciones de fruncidos transponibles, cada una separada por energías de activación dispares.
El ATP se deriva de la ribosa; contiene una ribosa, tres grupos fosfato y una base de adenina . El ATP se crea durante la respiración celular a partir de difosfato de adenosina (ATP con un grupo fosfato menos).
La ribosa es un componente básico de las moléculas de señalización secundaria, como el monofosfato de adenosina cíclico (AMPc), que se deriva del ATP. Un caso concreto en el que se utiliza AMPc es en las vías de señalización dependientes de AMPc . En las vías de señalización del AMPc, una molécula señal activa un receptor hormonal estimulante o inhibidor . Estos receptores están vinculados a una proteína G reguladora estimulante o inhibidora . Cuando se activa una proteína G estimulante, la adenilil ciclasa cataliza el ATP en AMPc utilizando Mg 2+ o Mn 2+ . El AMPc, un mensajero secundario, luego activa la proteína quinasa A , que es una enzima que regula el metabolismo celular . La proteína quinasa A regula las enzimas metabólicas mediante fosforilación , lo que provoca un cambio en la célula dependiendo de la molécula señal original. Lo contrario ocurre cuando se activa una proteína G inhibidora; la proteína G inhibe la adenilil ciclasa y el ATP no se convierte en AMPc.
A la ribosa se la conoce como la "moneda molecular" debido a su participación en las transferencias de energía intracelular. [ cita necesaria ] Por ejemplo, el dinucleótido de nicotinamida y adenina (NAD), el dinucleótido de flavina y adenina (FAD) y el dinucleótido de nicotinamida y adenina fosfato (NADP) contienen el resto d -ribofuranosa . Cada uno de ellos puede derivarse de la d -ribosa después de que la enzima riboquinasa la convierta en d -ribosa 5-fosfato . [22] [23] NAD, FAD y NADP actúan como aceptores de electrones en reacciones redox bioquímicas en las principales vías metabólicas, incluida la glucólisis , el ciclo del ácido cítrico , la fermentación y la cadena de transporte de electrones .
Los nucleótidos se sintetizan mediante rescate o síntesis de novo . [24] El rescate de nucleótidos utiliza fragmentos de nucleótidos creados previamente y los resintetiza para uso futuro. De novo, se utilizan aminoácidos, dióxido de carbono, derivados de folato y pirofosfato de fosforribosil (PRPP) para sintetizar nucleótidos. [24] Tanto de novo como de rescate requieren PRPP que se sintetiza a partir de ATP y ribosa 5-fosfato mediante una enzima llamada PRPP sintetasa . [24]
La riboquinasa cataliza la conversión de d -ribosa en d -ribosa 5-fosfato . Una vez convertida, la d -ribosa-5-fosfato está disponible para la fabricación de los aminoácidos triptófano e histidina , o para su uso en la vía de las pentosas fosfato . La absorción de d -ribosa es del 88 al 100% en el intestino delgado (hasta 200 mg/kg·h). [25]
Una modificación importante ocurre en la posición C2' de la molécula de ribosa. Al agregar un grupo O-alquilo , la resistencia nuclear del ARN aumenta debido a fuerzas estabilizadoras adicionales. Estas fuerzas se estabilizan debido al aumento de los enlaces de hidrógeno intramoleculares y al aumento de la estabilidad del enlace glicosídico . [26] El aumento resultante de la resistencia conduce a aumentos en la vida media del ARNip y el potencial terapéutico potencial en células y animales. [27] La metilación de la ribosa en sitios particulares se correlaciona con una disminución de la estimulación inmune. [28]
Junto con la fosforilación, las moléculas de ribofuranosa pueden intercambiar su oxígeno con selenio y azufre para producir azúcares similares que sólo varían en la posición 4'. Estos derivados son más lipófilos que la molécula original. La mayor lipofilicidad hace que estas especies sean más adecuadas para su uso en técnicas como PCR , posmodificación de aptámeros de ARN , tecnología antisentido y para poner en fase datos cristalográficos de rayos X. [27]
De manera similar a las modificaciones 2' en la naturaleza, una modificación sintética de ribosa incluye la adición de flúor en la posición 2'. Esta ribosa fluorada actúa de manera similar a la ribosa metilada porque es capaz de suprimir la estimulación inmune dependiendo de la ubicación de la ribosa en la cadena de ADN. [26] La gran diferencia entre la metilación y la fluoración es que esta última solo ocurre a través de modificaciones sintéticas. La adición de flúor conduce a un aumento de la estabilización del enlace glicosídico y a un aumento de los enlaces de hidrógeno intramoleculares. [26]
Se ha sugerido el uso de d -ribosa en el tratamiento de la insuficiencia cardíaca congestiva [29] (así como de otras formas de enfermedad cardíaca) y para el síndrome de fatiga crónica (SFC), también llamado encefalomielitis miálgica (EM), en un estudio abierto sin fines de lucro. Estudio subjetivo ciego, no aleatorizado y no cruzado. [30]
La d -ribosa suplementaria puede evitar parte de la vía de las pentosas fosfato , una vía de producción de energía, para producir d -ribosa-5-fosfato. La enzima glucosa-6-fosfato-deshidrogenasa (G-6-PDH) suele ser escasa en las células, pero más aún en el tejido enfermo, como en las células del miocardio en pacientes con enfermedades cardíacas. El suministro de d -ribosa en las mitocondrias está directamente correlacionado con la producción de ATP; la disminución del suministro de d -ribosa reduce la cantidad de ATP que se produce. Los estudios sugieren que la suplementación con d -ribosa después de una isquemia tisular (p. ej., isquemia miocárdica) aumenta la producción de ATP del miocardio y, por tanto, la función mitocondrial. Esencialmente, la administración suplementaria de d -ribosa evita un paso enzimático en la vía de las pentosas fosfato al proporcionar una fuente alternativa de 5-fosfo- d -ribosa 1- pirofosfato para la producción de ATP. La d -ribosa suplementaria mejora la recuperación de los niveles de ATP y al mismo tiempo reduce el daño celular en humanos y otros animales. Un estudio sugirió que el uso de suplementos de d -ribosa reduce los casos de angina en hombres con diagnóstico de enfermedad de las arterias coronarias . [31] La d -ribosa se ha utilizado para tratar muchas afecciones patológicas , como el síndrome de fatiga crónica, la fibromialgia y la disfunción miocárdica. También se utiliza para reducir los síntomas de calambres, dolor, rigidez, etc. después del ejercicio y para mejorar el rendimiento deportivo [ cita necesaria ] .
