Base de nucleótido

Las bases nucleotídicas ^{[ 1 ]} (también llamadas nucleobases o bases nitrogenadas ) son compuestos biológicos que contienen nitrógeno y forman nucleósidos , los cuales, a su vez, son componentes de los nucleótidos . Todos estos monómeros constituyen los bloques de construcción básicos de los ácidos nucleicos . La capacidad de las nucleobases para formar pares de bases y apilarse unas sobre otras da lugar directamente a estructuras helicoidales de cadena larga, como 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 . Las bases A, C, G y T se encuentran en el ADN, mientras que A, C, G 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 ]} Además, algunos virus tienen aminoadenina (Z) en lugar de adenina. Se diferencia por tener un grupo amino adicional , lo que crea un enlace más estable con la timina. ^{[ 3 ]}

Las nucleobases púricas son moléculas de anillos fusionados.

Las nucleobases de pirimidina son moléculas cíclicas simples.

La adenina y la guanina tienen una estructura esquelética de anillo fusionado derivada de la purina , por lo que se denominan bases púricas . ^{[ 4 ]} Las bases nitrogenadas púricas se caracterizan por su único grupo amino ( −NH₂ ), en el carbono _C6 de la adenina y en el C2 de la guanina. ^{[ 5 ]} De manera similar, la estructura de anillo simple de la citosina, el uracilo y la timina deriva de la pirimidina , por lo que estas tres bases se denominan bases pirimídicas . ^{[ 6 ]}

Cada par de bases en una doble hélice de ADN típica consta de una purina y una pirimidina: una adenina (A) emparejada con una timina (T) o una citosina (C) emparejada con una guanina (G). Estos pares purina-pirimidina, denominados bases complementarias , 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 establecen entre los grupos amino y carbonilo de las bases complementarias.

Las nucleobases como la adenina, la guanina, la xantina , la hipoxantina , la purina, la 2,6-diaminopurina y la 6,8-diaminopurina pueden haberse 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 las reacciones ácido-base , pero esas propiedades no son especialmente importantes para comprender la mayoría de las funciones biológicas de las nucleobases.

En los extremos 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 fosfatos con azúcares ( ribosa o desoxirribosa ) forman las cadenas principales 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, algo 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 han sido modificadas después de la formación de la cadena de ácido nucleico. En el ADN, la base modificada más común es la 5-metilcitosina (m⁵C ⁾ . En el ARN, existen muchas bases modificadas, incluidas las contenidas en los nucleósidos pseudouridina (Ψ), dihidrouridina (D), inosina (I) y 7-metilguanosina (m⁷G ⁾ . ^{[ 10 ] [ 11 ]}

La hipoxantina y la xantina son dos de las muchas bases creadas por la presencia de mutágenos , ambas mediante desaminación (sustitución del grupo amino 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.

Existe una gran cantidad de análogos de nucleobases. Las aplicaciones más comunes se utilizan como sondas fluorescentes, ya sea directa o indirectamente, como los aminoalilnucleótidos , que se utilizan para marcar cRNA o cDNA en microarrays . Varios grupos están trabajando en pares de bases "adicionales" alternativos para extender el código genético, como la isoguanina y la isocitosina o la 2-amino-6-(2-tienil)purina fluorescente y el pirrol-2-carbaldehído . ^{[ 16 ] [ 17 ]}

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. Al menos un nuevo conjunto de pares de bases se anunció en mayo de 2014. ^{[ 18 ]}

Para comprender cómo surgió la vida , se requiere conocimiento de las vías químicas que permiten la formación de los componentes básicos de la vida en condiciones prebióticas plausibles . Según la hipótesis del mundo de ARN , en la sopa primordial había ribonucleótidos libres . Estas fueron las moléculas fundamentales que se combinaron en serie para formar ARN . Moléculas tan complejas como el ARN deben haber surgido de moléculas pequeñas cuya reactividad estaba regida por procesos fisicoquímicos. El ARN está compuesto por nucleótidos de purina y pirimidina , ambos necesarios para una transferencia de información fiable y, por lo tanto, para la evolución darwiniana . Nam et al. ^{[ 19 ]} demostraron la condensación directa de nucleobases con ribosa para dar ribonucleósidos en microgotas acuosas, un paso clave que conduce a la formación de ARN. Resultados similares fueron obtenidos por Becker et al. ^{[ 20 ] .}

• Nucleósido : Cualquiera de varias glicosilaminas que comprenden una nucleobase y una molécula de azúcar. 
• Nucleótido : Moléculas biológicas que constituyen los ácidos nucleicos. 
• Notación de ácidos nucleicos : notación universal de los nucleótidos del ADN. 
• Secuencia de ácidos nucleicos : sucesión de nucleótidos en un ácido nucleico. 

• Emparejamiento de bases en la doble hélice del ADN (muestra enlaces de hidrógeno específicos)