Nucleótido: estructura, unión y mutaciones

Definición de nucleótidos

El ADN humano está compuesto por algo llamado nucleótidos. Los nucleótidos son básicamente la medida de subunidades de ADN y están alineados en pares. Hay alrededor de 3 mil millones de estos pares de nucleótidos , también llamados pares de bases. Esto significa que cada espermatozoide y óvulo contiene aproximadamente seis mil millones de nucleótidos individuales en su núcleo (organizados en moléculas de ADN compactas para que sea más fácil almacenarlos y moverlos).

Entonces, ¿para qué sirven exactamente los nucleótidos? Actúan como un lenguaje especial, uno que se utiliza para «escribir las recetas» de los productos químicos que produce su cuerpo, específicamente las proteínas. La mayoría de los tramos de nucleótidos se llaman ADN basura porque no codifican (contienen la receta) para nada. Sin embargo, hay una pequeña fracción que es fundamental para tu supervivencia y para convertirte en quien eres. Este 2% de nucleótidos codifica cada proteína que produce su cuerpo y se encuentran en tramos de ADN llamados genes. Cada gen codifica una cadena de aminoácidos que da como resultado una proteína específica.

Para darle una idea de cuán importantes son los nucleótidos, veremos qué sucede cuando hay un problema con un nucleótido en los óvulos o espermatozoides, y este error se transmite a la descendencia. Las mutaciones , que son cambios en el ADN de la célula, que involucran a un solo nucleótido, pueden parecer triviales dado que hay tantos nucleótidos en el genoma humano, pero cuando ocurren en genes específicos, pueden conducir a enfermedades potencialmente mortales. Para comprender mejor este mecanismo, veamos primero algunos conceptos básicos de nucleótidos.

Estructura de nucleótidos

Los nucleótidos son los monómeros (o los componentes básicos) de los ácidos nucleicos y están formados por un azúcar de 5 carbonos, un grupo fosfato y una base nitrogenada. Observe en el diagrama siguiente que el azúcar y la base juntos forman un nucleósido . La adición de un grupo fosfato convierte la molécula en un nucleótido.

Los nucleótidos se nombran de acuerdo con la base nitrogenada que contienen y el azúcar unido a ellos (como la desoxirribosa en los nucleótidos del ADN y la ribosa en el ARN). Por ejemplo, el nucleótido que se muestra aquí (ver video) tiene guanina como base nitrogenada y desoxirribosa como azúcar, lo que nos dice que es un nucleótido de ADN.

Hay ocho nucleósidos diferentes en total que se encuentran en el ADN y el ARN:

ARN: adenosina, guanosina, citidina, uridina

ADN: desoxiadenosina, desoxiguanosina, desoxicitidina, desoxitimidina

Para simplificar, los nucleótidos generalmente se denominan A, T, G, C y U en función de su base nitrogenada. Tenga en cuenta que la T (timidina) solo se encuentra en el ADN y la U (uridina) solo se encuentra en el ARN, mientras que las otras se encuentran en ambos.

Hay otros nucleótidos importantes, como los involucrados en el metabolismo (como el ATP) y en la señalización celular (como el GTP), pero en esta lección, nos centraremos en los nucleótidos del ADN y el ARN.

Unión de nucleótidos

Para crear las cadenas poliméricas (o de múltiples unidades) que dan lugar al ARN y al ADN, los nucleótidos se unen entre sí a través de un esqueleto de azúcar-fosfato , que se crea cuando el fosfato de un nucleótido se une al azúcar del anterior. Esto es posible a través de fuertes enlaces covalentes llamados enlaces fosfodiéster.

Dado que el ADN es una molécula de doble hebra, dos de estas cadenas de polímeros deben unirse entre sí como una escalera. Los ‘peldaños’ están formados por pares de nucleótidos que conectan los dos lados de la escalera a través de enlaces de hidrógeno. Watson y Crick, los científicos que descubrieron la forma 3D del ADN en 1953, determinaron que los nucleótidos A siempre se unen con los nucleótidos T y los G siempre se unen con los Cs. Estos se denominan pares de bases complementarios.

Mutaciones que involucran nucleótidos

Aunque hay miles de millones de nucleótidos en el genoma humano, un cambio en uno de estos nucleótidos puede provocar enfermedades devastadoras como el cáncer, la fibrosis quística (que es un trastorno mortal que involucra la producción de moco espeso en los pulmones y el sistema digestivo que conduce a infecciones) o Tay Sachs (que es una enfermedad del sistema nervioso que conduce a la muerte a los cinco años). Estos cambios en el código genético que involucran a un solo par de bases se denominan mutaciones puntuales . El efecto que tienen en el individuo que hereda la mutación depende de en qué parte del genoma se produzcan y de si se reemplaza, elimina o inserta un nucleótido.

Tomemos como ejemplo la anemia de células falciformes. La anemia de células falciformes es un trastorno sanguíneo en el que los glóbulos rojos adquieren la forma de una hoz en lugar de su forma característica de «rosquilla sin agujero». Los glóbulos falciformes no pueden transportar tanto oxígeno como los glóbulos rojos regulares por todo el cuerpo y también se adhieren dentro de los vasos sanguíneos causando un gran dolor y problemas circulatorios para el paciente.

La anemia de células falciformes es causada por una mutación puntual en el gen de la hemoglobina. Este gen consta de 576 pares de bases. Si se produce una mutación en uno de estos nucleótidos y el sexto aminoácido de la cadena es reemplazado por valina, la proteína resultante es una forma anormal de hemoglobina (HbS) que causa la forma de hoz. Una mirada más cercana revela que este ácido glutámico en la hemoglobina normal está codificado por las bases GAG. Es cuando el nucleótido medio adenosina (A) se reemplaza por una timidina (T) que se forma HbS como producto final, por lo que un error en un nucleótido conduce a una enfermedad dolorosa y potencialmente mortal.

Las mutaciones de nucleótidos ocurren al azar en todos los organismos, pero cuanto más rápido se reproduce un organismo, más frecuentemente ocurren, lo que hace que las bacterias y los virus sean particularmente propensos a este tipo de mutaciones. Es debido a estos ‘errores’ durante la replicación del ARN del virus de la influenza, por ejemplo, que tenemos que desarrollar nuevas vacunas contra la influenza cada año.

Resumen de la lección

Los nucleótidos son básicamente las subunidades de ADN y los monómeros de ADN y ARN; son las «recetas» que componen nuestro código genético (el libro de cocina del cuerpo para las proteínas). Las alteraciones de estas secuencias de nucleótidos pueden provocar cambios en las proteínas producidas por el organismo, lo que a su vez puede tener graves consecuencias para la salud y la supervivencia del individuo. Sin embargo, la mayoría de las mutaciones puntuales no son dañinas y juegan un papel importante en la evolución. Aquí hay un dato fascinante para terminar: el 99,9% de los nucleótidos son exactamente iguales en todos los humanos. Es sólo el otro 0,1% (~ 1,4 millones de bases) lo que nos convierte en individuos.

Rodrigo Ricardo Editor y fundador