Bases y estructuras de pirimidinas ¿Qué son las pirimidinas?

¿Qué son las pirimidinas?

Una pirimidina es un compuesto orgánico conocido como compuesto heterocíclico aromático y tiene la fórmula molecular de C 4 H 4 N 2 . Los compuestos heterocíclicos son compuestos estables en forma de anillo en los que no todos los átomos del anillo son carbono (Figura 1).

Figura 1 Estructura de pirimidina. Los átomos de carbono son negros, los átomos de nitrógeno son azules y los átomos de hidrógeno son grises.

Las pirimidinas tienen un solo anillo de 6 miembros formado por cuatro átomos de carbono y dos átomos de nitrógeno (Figura 1). Hay una variedad de pirimidinas que se encuentran en la naturaleza que funcionan como vitaminas, antibióticos y medicamentos, y son cruciales en la formación de nuestro código genético. La vitamina B 1 , el antibiótico bacimetrina, el medicamento contra el VIH zidovudina y los anestésicos como el tiopental sódico son todos ejemplos de pirimidinas. Debido a la presencia de nitrógeno, las pirimidinas pertenecen a un grupo de compuestos llamados bases nitrogenadas , que se encuentran tanto en el ADN como en el ARN. Estas bases nitrogenadas son responsables de crear los nucleótidos únicos que componen nuestro código genético.

Bases de pirimidina

Hay tres bases de pirimidina que se encuentran en los ácidos nucleicos: timina (T), citosina (C) y uracilo (U). Estas bases son pirimidinas sustituidas ya que tienen fórmulas moleculares que han sido ligeramente alteradas de la fórmula genérica C 4 H 4 N 2 (Figura 2).

Figura 2 Las bases nitrogenadas que se encuentran en el ADN y el ARN.

Observe en la Figura 2 que las tres bases nitrogenadas siguen la estructura básica de una pirimidina, pero tienen átomos o grupos funcionales adicionales unidos al anillo. El uracilo (C 4 H 4 N 2 O 2 ) tiene dos grupos carbonilo (-C = O) unidos al carbono 2 ‘y 4’; La timina (C 5 H 6 N 2 O 2 ) contiene grupos carbonilo en el carbono 2 ‘y 4’, así como un grupo metilo (-CH 3 ) en el carbono 5 ‘; La citosina (C 4 H 5 N 3 O) tiene un grupo carbonilo en el carbono 2 ‘y un grupo amino (-NH 2) sobre el carbono 4. La adición de estos átomos o grupos funcionales da a cada una de estas bases estructuras y propiedades químicas únicas.

Pirimidinas en el ADN

El ADN (ácido desoxirribonucleico) contiene las pirimidinas citosina y timina. El uracilo no está presente en el ADN. En el ADN, las pirimidinas formarán enlaces de hidrógeno con otra clase de nucleótidos, conocidos como purinas . Cuando se producen estos enlaces, se denomina par de bases y siempre se produce de forma complementaria; La citosina (C) siempre se empareja con la purina Guanina (G) y la Timina (T) siempre se empareja con la purina Adenina (A). El ADN es una molécula que debe permanecer intacta y sin cambios en nuestras células; lleva nuestro código genético y, por lo tanto, debe protegerse del daño durante toda la vida de una célula. La citosina sufre un tipo de daño denominado desaminación: la eliminación de un grupo amino de una molécula. Cuando esto ocurre, la citosina se convierte en uracilo. Debido a que el uracilo no existe en el ADN, hay enzimas que reconocen estas bases colocadas incorrectamente, las eliminan y las reemplazan con una nueva citosina a través de un proceso llamado reparación por escisión de bases, para ayudar a mantener el código genético adecuado. La timina es una versión metilada del uracilo. La timina es una pirimidina que tiene una mayor resistencia a las mutaciones fotoquímicas, o cambios que pueden ocurrirle a una molécula debido a los efectos de la luz. Esto lo hace menos propenso a sufrir daños y más estable, y también significa que puede ser reconocido por mecanismos específicos de reparación del ADN cuando se coloca incorrectamente en una hebra de ADN. Debido a estas características, se cree que evolutivamente se favoreció la timina sobre el uracilo y se mantuvo en el ADN.

Pirimidinas en ARN

El ARN (ácido ribonucleico) contiene las pirimidinas citosina y uracilo. El uracilo es una forma desmetilada de timina. El ARN y el ADN difieren estructuralmente entre sí en una variedad de formas, la principal diferencia es que el ADN es de doble hebra, mientras que el ARN se forma a partir de una sola hebra. Sin embargo, debido a su naturaleza monocatenaria, el ARN es capaz de plegarse en formas complejas, lo que puede dar al ARN una variedad de funciones. Este plegamiento se logra mediante un emparejamiento de bases complementario similar al del ADN. Sin embargo, el uracilo es único porque puede emparejarse con otros nucleótidos (C o G) de una manera denominada emparejamiento de bases que no son de Watson-Crick, que se ha demostrado que aumenta la estabilidad de las estructuras de ARN.

Estructura de pirimidina

Figura 3 Estructura molecular de pirimidina.

Las pirimidinas son compuestos heterocíclicos aromáticos. Se caracterizan por un anillo plano de 6 miembros de cuatro átomos de carbono y dos de nitrógeno, como se muestra en la Figura 3. El anillo se crea formando enlaces sencillos y dobles alternos. Estos dobles enlaces (también denominados dobles enlaces parciales en compuestos aromáticos) son creados por electrones deslocalizados, que pueden aumentar la resonancia o estabilidad de una molécula. Es importante destacar que estos electrones deslocalizados pueden participar en eventos de enlace. Las bases de pirimidina citosina, timina y uracilo se crean modificando la estructura de la pirimidina mediante la adición de átomos o grupos funcionales (Figura 2). Todas las bases tienen la adición de un grupo carbonilo (-C = O) en el carbono 2 ‘. Se producen modificaciones adicionales en el carbono 4 ‘del anillo; la timina y el uracilo tienen un carbonilo y la citosina tiene un grupo amino. El carbono 5 ‘de la timina también se modifica para tener un grupo metilo (-CH 3). Observe que la adición de estos grupos da como resultado la pérdida de un doble enlace del anillo y deja un doble enlace en el nitrógeno 1 ‘. Este último conjunto de electrones se utilizará para unir la base nitrogenada al componente de azúcar en un ácido nucleico para crear nucleótidos, los componentes básicos del ADN y el ARN.

Dímeros de pirimidina

La luz ultravioleta (UV) penetra en nuestras células y potencialmente puede dañar nuestro ADN. Un tipo común de daño ocurre con la formación de un dímero de pirimidina . Estos ocurren cuando la luz ultravioleta es absorbida por un doble enlace en una base de pirimidina (más comúnmente timina y citosina), lo que permite que ese enlace interactúe con moléculas cercanas. Los dímeros de timina se forman cuando la radiación UV hace que dos moléculas de timina adyacentes en una doble hélice de ADN formen un enlace covalente (Figura 4).

Figura 4 Formación de un dímero de timina mediante radiación UV.

Esto dará como resultado la formación de un doblez en la estructura de doble hélice del ADN. Si este daño no se detecta, puede resultar en la eliminación de uno o ambos de estos pares, o en la sustitución de un par de bases en futuras copias de ADN, transmitiendo así este error a las células posteriores o incluso a las generaciones. Los dímeros de timina también pueden prevenir la replicación del ADN y son uno de los principales actores del cáncer de piel. Afortunadamente, estos tipos de errores pueden detectarse rápidamente por varias vías en la célula y pueden corregirse. Una forma de reparar los dímeros de timina es mediante un proceso conocido como fotorreactivación. Este proceso está mediado por enzimas llamadas fotoliasas que se activan con la luz solar y reparan las cadenas de ADN. La mayoría de los organismos vivos contienen fotoliasas, con la excepción de los mamíferos placentarios (es decir, los seres humanos).

Importancia de las pirimidinas

Como se vio anteriormente, las pirimidinas juegan un papel esencial como miembros de nuestro código genético. Los derivados de pirimidina también se pueden encontrar en muchos otros compuestos biológicos. La investigación sobre pirimidinas ha demostrado que estas moléculas tienen diversas actividades. Algunos derivados actúan como antibióticos y agentes antifúngicos, y a menudo están presentes en las plantas como alcaloides de origen vegetal, que ayudan en la defensa contra patógenos y herbívoros. Otros juegan un papel en la creación de analgésicos y medicamentos antiinflamatorios, e incluso medicamentos contra el cáncer y el VIH. Los radicales libres (átomos, moléculas o iones con electrones desapareados) se han asociado con algunas enfermedades degenerativas y pueden provocar efectos nocivos o la progresión de ciertas enfermedades si no se controlan. Los estudios han demostrado que los derivados de pirimidina también pueden desempeñar un papel en la actividad antioxidante para reducir los radicales libres en el cuerpo.

Resumen de la lección

Las pirimidinas son compuestos heterocíclicos aromáticos que pertenecen a la familia de moléculas conocidas como bases nitrogenadas . La estructura de pirimidina contiene un anillo de carbono-nitrógeno que se puede modificar para formar una variedad de derivados. Las pirimidinas forman los nucleótidos , o bases , citosina, timina y uracilo que se encuentran en el ADN y el ARN y, por lo tanto, son esenciales para establecer nuestro código genético. Las pirimidinas que se encuentran en nuestro ADN forman pares de bases con las purinas , adenina y guanina, y también pueden sufrir cambios que provocan la conversión de citosina en uracilo, o la formación de estructuras conocidas como dímeros de pirimidina o dímeros de timina , específicamente. Si bien ambas situaciones pueden ser potencialmente perjudiciales para nuestra información genética, las células contienen mecanismos de reparación que permiten remediar estos errores. Los derivados de pirimidina también desempeñan un papel importante en la medicina humana, desde los agentes antibacterianos hasta el alivio del dolor y la formación de fármacos.

Rodrigo Ricardo Editor y fundador