Base nitrogenada

Qué es una base nitrogenada

Dentro del nucleótido, la base nitrogenada es la parte que varía y, por tanto, la que transporta información. El azúcar pentosa y el grupo fosfato son comunes a todos los nucleótidos; la base es lo que distingue una posición genética de otra. Cuando se describe la secuencia del ADN humano, los aproximadamente tres mil doscientos millones de posiciones del genoma corresponden, en realidad, a un orden concreto de bases nitrogenadas.

El término «base» procede de la química general: una sustancia capaz de aceptar protones. Los átomos de nitrógeno de estas moléculas, con pares electrónicos libres, cumplen esa condición. «Nitrogenada» alude al elemento que les confiere su carácter. Antoine Lavoisier acuñó la voz nitrogène a partir del griego νίτρον (nitron, «salitre») y γένος (genos, «que genera»), porque lo identificó como componente del ácido nítrico.

Aislamiento de las bases y contribución de Albrecht Kossel

Quien primero separó las cinco bases una a una fue el fisiólogo alemán Albrecht Kossel. Entre 1885 y 1901, Kossel las aisló de fuentes biológicas diversas (timo de ternera, levadura, esperma de salmón) y determinó su naturaleza química. Ese trabajo le valió el Premio Nobel de Fisiología o Medicina en 1910. Faltaban aún cuatro décadas para que alguien dedujera que el orden de esas bases codificaba instrucciones genéticas.

El nombre de cada base tiene orígenes llamativamente dispares. Adenina deriva del griego ἀδήν (adén, «glándula»), porque se aisló inicialmente del páncreas. Timina procede del timo, la glándula donde se identificó. Guanina toma su nombre del guano de murciélago; uracilo, del ácido úrico. Solo citosina conserva una raíz celular clara: κύτος (kytos, «célula»).

Purinas y pirimidinas

Las cinco bases se reparten en dos familias según la geometría de su anillo. Las purinas, adenina y guanina, poseen un sistema bicíclico: un anillo de seis átomos fusionado con uno de cinco, nueve átomos en total. Las pirimidinas (citosina, timina y uracilo) tienen un anillo único de seis átomos, dos de ellos nitrógenos.

Esa diferencia de tamaño no es trivial. Explica por qué en la doble hélice una purina se aparea siempre con una pirimidina: si se enfrentaran dos purinas, la hélice se ensancharía; dos pirimidinas la estrecharían. El diámetro constante de 2 nm que Watson y Crick dedujeron de los datos de difracción de rayos X solo es compatible con parejas purina-pirimidina. Las reglas de apareamiento son fijas: adenina con timina (dos puentes de hidrógeno) en el ADN, adenina con uracilo en el ARN, y guanina con citosina (tres puentes de hidrógeno) en ambos.

Erwin Chargaff descubrió esta regularidad en 1950, antes de que se conociera la estructura tridimensional: en cualquier muestra de ADN, la proporción de adenina es igual a la de timina, y la de guanina igual a la de citosina. La observación fue crucial.

Reparto asimétrico entre ADN y ARN

Tres bases se comparten entre el ADN y el ARN: adenina, guanina y citosina. La timina es exclusiva del ADN. El uracilo, del ARN. Desde el punto de vista químico, la timina es un uracilo al que se ha añadido un grupo metilo en la posición 5 del anillo (de ahí su otro nombre, 5-metiluracilo). Esa modificación, aparentemente menor, le confiere mayor resistencia frente a la desaminación espontánea, un tipo de daño que la citosina sufre con frecuencia y que los sistemas de reparación del ADN deben corregir de forma continua.

Es posible que esta presión evolutiva explique por qué el ADN, molécula de archivo a largo plazo, emplea timina en vez de uracilo: una mutación silenciosa por desaminación de la citosina genera uracilo, y la célula puede detectar ese uracilo como «intruso» y repararlo. Si el ADN ya contuviera uracilo de forma natural, la distinción sería imposible.

Preguntas frecuentes

¿De dónde viene la expresión «base nitrogenada»?

De dos conceptos químicos superpuestos. «Base» se refiere a la capacidad de aceptar protones, propiedad que los nitrógenos del anillo confieren a estas moléculas. «Nitrogenada» alude al elemento que las define: el nitrógeno, nombrado por Lavoisier como nitrogène a partir del griego νίτρον y γένος.

¿Cuántas bases nitrogenadas existen?

En los ácidos nucleicos hay cinco principales: adenina, guanina, citosina, timina y uracilo. Existen además bases modificadas (como la 5-metilcitosina, clave en la metilación del ADN) y bases sintéticas empleadas en investigación, pero las cinco canónicas son las que forman el código genético natural.

¿Es lo mismo una base nitrogenada que un nucleótido?

No. El nucleótido es la unidad completa: base nitrogenada + azúcar pentosa + grupo fosfato. La base sola, unida al azúcar sin fosfato, recibe el nombre de nucleósido. La base nitrogenada es, por tanto, solo uno de los tres componentes del nucleótido, pero el que porta la información.

¿Por qué el ADN usa timina y el ARN uracilo?

La hipótesis más aceptada tiene que ver con la reparación del daño. La citosina se desamina espontáneamente y se convierte en uracilo. Si el ADN contuviera uracilo de forma natural, la maquinaria de reparación no podría distinguir un uracilo legítimo de uno generado por daño. La timina, con su grupo metilo adicional, resuelve el problema: cualquier uracilo que aparezca en el ADN se identifica automáticamente como lesión y se repara.

Referencias

1. Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU. ¿Qué es el ADN? MedlinePlus Genetics en español.
2. Instituto Nacional de Investigación del Genoma Humano (NHGRI). ACGT. Glosario parlante de términos genómicos y genéticos.
3. Real Academia Nacional de Medicina de España. Base nitrogenada. Diccionario de términos médicos.
4. Manual MSD, versión para profesionales. Generalidades sobre la genética.