Nucleótido

Qué es un nucleótido

Cada nucleótido puede entenderse como una pieza modular de tres componentes ensamblados en un orden fijo. La base nitrogenada —una molécula plana, con átomos de nitrógeno en su anillo— se une al carbono 1' del azúcar pentosa mediante un enlace N-glucosídico. El grupo fosfato, a su vez, se esterifica en el carbono 5' de ese mismo azúcar. Cuando un nucleótido carece del fosfato, lo que queda es un nucleósido: la diferencia entre ambos términos se reduce, literalmente, a un ácido fosfórico.

El término proviene del latín nucleus («almendra», «parte central de un fruto») con el sufijo -ido, formación habitual en química orgánica para designar derivados de una molécula madre. Phoebus Levene, bioquímico ruso emigrado a Estados Unidos, fue quien en 1919 identificó que los ácidos nucleicos estaban formados por unidades repetitivas de base + azúcar + fosfato y acuñó la nomenclatura que sigue vigente. Levene, sin embargo, cometió un error que retrasó el avance de la genética dos décadas: propuso la «hipótesis del tetranucleótido», según la cual las cuatro bases se repetían en secuencia monótona, lo que descartaba al ADN como portador de información genética. Solo cuando Erwin Chargaff demostró en 1950 que las proporciones de las bases variaban de una especie a otra quedó claro que la secuencia no era fija.

Fue el químico británico Alexander Todd quien, a lo largo de los años cincuenta, determinó con precisión cómo se enlazaban los tres componentes y cómo un nucleótido se conectaba con el siguiente a través de un puente fosfodiéster entre el carbono 3' de un azúcar y el 5' del siguiente. Ese trabajo le valió el Premio Nobel de Química en 1957 —un año antes de que Watson y Crick recibieran el de Fisiología o Medicina— y proporcionó la base covalente sobre la que luego se construyó el modelo de la doble hélice.

Ribonucleótidos y desoxirribonucleótidos

Según el azúcar que contengan, los nucleótidos se dividen en dos familias. Los ribonucleótidos llevan ribosa y forman el ARN; los desoxirribonucleótidos llevan desoxirribosa —a la que le falta el grupo hidroxilo (-OH) en el carbono 2'— y forman el ADN. Esa diferencia de un solo átomo de oxígeno tiene consecuencias profundas: la ribosa hace al ARN más reactivo y más susceptible a la hidrólisis, mientras que la desoxirribosa confiere al ADN una estabilidad química que resulta ventajosa para almacenar información a largo plazo.

Cinco bases principales se reparten entre dos familias: las purinas —adenina y guanina, con doble anillo— y las pirimidinas —citosina, timina y uracilo, con anillo simple. La timina aparece solo en el ADN; el uracilo, solo en el ARN. Adenina, guanina y citosina se comparten.

Nucleótidos con función propia

No todos los nucleótidos se dedican a construir ácidos nucleicos. El ATP (adenosín trifosfato), quizá la molécula más mencionada en bioquímica, es un nucleótido de adenina con tres grupos fosfato cuya hidrólisis libera la energía que impulsa la mayoría de las reacciones celulares. El GTP desempeña un papel análogo en la transducción de señales y en la traducción ribosomal. Y nucleótidos como el NAD⁺ y el FAD actúan como coenzimas transportadoras de electrones en la cadena respiratoria, un contexto que poco tiene que ver con la genética pero que depende de la misma arquitectura molecular: base + azúcar + fosfato.

También existe una forma cíclica —el AMPc (adenosín monofosfato cíclico)— que actúa como segundo mensajero intracelular. Earl Sutherland describió su papel en 1957, lo que le valdría el Nobel en 1971. Que una molécula tan pequeña pudiera controlar cascadas enzimáticas enteras resultó sorprendente en su momento y ayudó a consolidar la idea de que los nucleótidos no eran simples ladrillos de los ácidos nucleicos sino actores metabólicos con identidad propia.

Preguntas frecuentes

¿De dónde viene el nombre «nucleótido»?

De nucleus, latín para «almendra» o «parte central», y el sufijo químico -ido. El nombre hace referencia a que estas moléculas se aislaron por primera vez del núcleo celular —de ahí también «ácido nucleico»— a partir del trabajo de Friedrich Miescher con los leucocitos del pus en 1869.

¿Es lo mismo un nucleótido que un nucleósido?

No. Un nucleósido es un nucleótido sin el grupo fosfato: solo base + azúcar. Añadirle uno, dos o tres fosfatos convierte al nucleósido en nucleótido monofosfato, difosfato o trifosfato, respectivamente. La adenosina es un nucleósido; el ATP es su nucleótido trifosfato.

¿Cuántos nucleótidos tiene el genoma humano?

Aproximadamente 3.200 millones de pares de nucleótidos en el ADN nuclear, distribuidos en 23 pares de cromosomas. A eso se suman los 16.569 nucleótidos del ADN mitocondrial, un número modesto pero con 37 genes funcionales.

¿Qué ocurre cuando un nucleótido está mal colocado durante la replicación?

La ADN polimerasa posee una actividad correctora (exonucleasa 3'→5') que detecta y elimina el nucleótido incorrecto antes de continuar la síntesis. Este mecanismo de «corrección de pruebas» reduce la tasa de error a aproximadamente uno por cada mil millones de nucleótidos copiados, un nivel de fidelidad que resulta imprescindible cuando se manejan tres mil doscientos millones de posiciones por genoma.

Referencias

1. National Human Genome Research Institute (NHGRI). Nucleótido — Glosario de genética.
2. MedlinePlus Genetics. ¿Qué es el ADN?.
3. Manual MSD, versión para profesionales. Generalidades sobre la genética.
4. National Human Genome Research Institute (NHGRI). Par de bases.