Desoxirribonucleótido o desoxinucleótido

Qué es un desoxirribonucleótido

Un desoxirribonucleótido está compuesto por tres piezas ensambladas en un orden fijo. La primera es una base nitrogenada, un anillo aromático con átomos de nitrógeno. La segunda es un azúcar de cinco carbonos, la desoxirribosa, unida a la base por el carbono 1' mediante un enlace N-glucosídico. La tercera es un grupo fosfato, esterificado al hidroxilo del carbono 5' del mismo azúcar. Cuando falta el fosfato, la molécula recibe otro nombre (nucleósido); cuando lo hay, se llama nucleótido, y si el azúcar es desoxirribosa en lugar de ribosa, es un desoxirribonucleótido.

El término reúne tres formantes bien identificables. Des-oxi-, del griego ὀξύς (oxýs, "agudo", "ácido"), se acuñó en el siglo XVIII para nombrar el oxígeno, y aquí indica ausencia de un átomo de este elemento. Ribo- procede del propio nombre de la ribosa, cuyo origen se remonta al de "arabinosa", el azúcar aislado de la goma arábiga en 1901, del que la ribosa se obtuvo por reordenación química. Y -nucleótido se construye a partir del latín nucleus ("pequeña nuez", el núcleo celular) con la terminación -ido, que en química señala derivados. El apellido "des-oxi" resume, literalmente, la diferencia con el ARN: un oxígeno menos en la posición 2' del azúcar.

Los desoxirribonucleótidos se diferencian entre sí por la base que llevan. En el ADN hay cuatro: dos purinas (adenina y guanina) y dos pirimidinas (citosina y timina). La combinación de la base con la desoxirribosa da lugar a los desoxirribonucleósidos correspondientes (desoxiadenosina, desoxiguanosina, desoxicitidina y timidina). Cuando a estos se les añade uno, dos o tres fosfatos, quedan los desoxirribonucleótidos mono-, di- y trifosfato: dAMP, dADP, dATP, y así sucesivamente. Los cuatro trifosfatos (dATP, dGTP, dCTP, dTTP) son la moneda de construcción del ADN.

Diferencia con el ribonucleótido

La diferencia estructural entre un desoxirribonucleótido y un ribonucleótido es minúscula, y sin embargo lo cambia todo. La ribosa presenta un grupo hidroxilo (OH) en el carbono 2'. La desoxirribosa carece de él: en su lugar hay un simple átomo de hidrógeno. Ese hidroxilo faltante, casi imperceptible en la fórmula, marca una diferencia funcional decisiva. El ADN es mucho más estable frente a la hidrólisis espontánea que el ARN, precisamente porque no tiene ese grupo reactivo cerca del enlace fosfodiéster. En términos evolutivos, esa estabilidad química es lo que ha permitido al ADN convertirse en el soporte a largo plazo de la información genética, mientras el ARN, más lábil, ha quedado reservado a funciones transitorias.

Hay una segunda diferencia entre ambos, y tiene que ver con la timina. En el ADN, la timina reemplaza al uracilo, que solo aparece en el ARN. La timina se distingue del uracilo por un grupo metilo añadido, cuya síntesis exige un paso enzimático extra. El coste metabólico parece intencionado: al metilar la base, la célula gana una capacidad extra de reparación, porque la desaminación espontánea de la citosina genera uracilo, y una maquinaria que sepa distinguir entre uracilo y timina puede reconocer y corregir esa lesión sin ambigüedad.

Síntesis y papel en la replicación

Los desoxirribonucleótidos no se toman directamente de la dieta. La célula sintetiza sus propios ribonucleótidos y luego los convierte en la forma "des-oxi" mediante la ribonucleótido reductasa, una enzima que retira el oxígeno del carbono 2' de la ribosa. Esta enzima es tan central que constituye una diana farmacológica clásica en oncología y en enfermedades víricas: bloquearla priva a la célula de los ladrillos necesarios para copiar su ADN. El equilibrio entre los cuatro dNTP disponibles (dATP, dGTP, dCTP, dTTP) está finamente regulado, porque un exceso o defecto relativo de alguno de ellos incrementa la tasa de errores durante la síntesis.

Durante la replicación, las ADN polimerasas incorporan un desoxirribonucleótido cada vez al extremo 3' de la cadena en crecimiento. El desoxirribonucleótido llega en forma de trifosfato (dNTP); la polimerasa cataliza la formación de un enlace fosfodiéster entre el fosfato α del dNTP entrante y el hidroxilo 3' de la cadena, y libera pirofosfato inorgánico. La hidrólisis subsiguiente del pirofosfato aporta la energía que hace el proceso prácticamente irreversible y garantiza que la cadena crezca solo en el sentido 5' hacia 3'. Los mismos desoxirribonucleótidos son la materia prima de la reparación del ADN cada vez que una lesión debe ser reemplazada por una copia correcta.

Diferenciación con entidades próximas

Nucleótido. Término genérico para cualquier molécula compuesta por base, azúcar y fosfato. El desoxirribonucleótido es el subtipo cuyo azúcar es la desoxirribosa. Cuando se habla de "nucleótidos" sin especificar en el ADN o en el ARN, el contexto suele aclararlo, pero en rigor es un término más amplio.

Nucleósido. La misma molécula sin el grupo fosfato. Si al desoxirribonucleótido se le retira el fosfato queda un desoxirribonucleósido (desoxiadenosina, desoxiguanosina, desoxicitidina, timidina). La diferencia se reduce, literalmente, a un ácido fosfórico esterificado.

Ribonucleótido. Análogo estructural con ribosa en lugar de desoxirribosa. Se incorpora al ARN. El paso de uno a otro depende de la actividad de la ribonucleótido reductasa.

Análogo de nucleótido. Molécula sintética diseñada para parecerse a un desoxirribonucleótido lo bastante como para ser incorporada por la polimerasa, pero con alguna modificación que interrumpe la síntesis. Muchos fármacos antivirales y antitumorales se basan en este principio.

Preguntas frecuentes

¿Qué diferencia hay entre un nucleótido y un desoxirribonucleótido?

La diferencia está en el azúcar. Un nucleótido con ribosa forma parte del ARN; un nucleótido con desoxirribosa, del ADN. A este último se le llama desoxirribonucleótido, o de forma abreviada desoxinucleótido. En la práctica, cuando se dice "nucleótido" en el contexto del ADN, se está hablando de un desoxirribonucleótido.

¿Por qué el ADN es más estable que el ARN?

Por un solo átomo. La desoxirribosa carece del grupo hidroxilo en la posición 2' que sí tiene la ribosa. Ese grupo hidroxilo, cuando está presente, participa en reacciones de hidrólisis que rompen el enlace fosfodiéster contiguo. Sin él, la cadena resiste mucho mejor las agresiones químicas del medio celular. Es la razón química por la que el ADN, y no el ARN, ha terminado siendo el archivo genético permanente.

¿Cuántos tipos de desoxirribonucleótidos existen?

Cuatro, definidos por su base. Los dos primeros (dATP y dGTP) llevan una purina, la adenina o la guanina. Los otros dos (dCTP y dTTP) llevan una pirimidina, la citosina o la timina. La secuencia de estas cuatro letras a lo largo de la cadena es lo que constituye la información genética. Existen además formas monofosfato y difosfato de cada uno, pero la que se incorpora activamente al ADN es siempre la trifosfato.

¿La célula sintetiza los desoxirribonucleótidos o los obtiene de la dieta?

Los sintetiza. Aunque la digestión libera nucleótidos de los alimentos, la mayor parte se degradan y la célula prefiere fabricar los suyos partiendo de moléculas más sencillas. La ruta pasa siempre por los ribonucleótidos, que después se convierten en desoxirribonucleótidos gracias a la ribonucleótido reductasa. Existe también una ruta de recuperación (salvage) que recicla las bases libres, útil sobre todo en tejidos con alta demanda como la médula ósea o la mucosa intestinal.

¿Se pueden usar los desoxirribonucleótidos en medicina?

Sí, sobre todo como base conceptual de fármacos que los imitan. Muchos antivirales (aciclovir, tenofovir, zidovudina) y antitumorales (citarabina, gemcitabina) son análogos de nucleótidos que la maquinaria replicativa incorpora sin advertir que están modificados y que, una vez dentro de la cadena, la bloquean. Este principio, la incorporación fraudulenta, es una de las estrategias terapéuticas mejor establecidas en oncología y en enfermedades víricas.

Referencias

1. National Human Genome Research Institute (NHGRI). Glosario parlante de términos genómicos: nucleótido.
2. National Cancer Institute (NCI). Diccionario de genética: nucleótido.
3. National Human Genome Research Institute (NHGRI). Glosario parlante de términos genómicos: ácido desoxirribonucleico (ADN).
4. MedlinePlus (Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU.). ¿Qué es el ADN?.