Ribonucleótido

En bioquímica , un ribonucleótido es un nucleótido que contiene ribosa como componente de pentosa . Se considera el precursor molecular de los ácidos nucleicos . Los nucleótidos son los componentes básicos del ADN y el ARN . Los ribonucleótidos en sí mismos son los componentes básicos monoméricos del ARN. Los desoxirribonucleótidos , resultantes de la reducción de ribonucleótidos por la enzima ribonucleótido reductasa (RNR), son importantes componentes básicos del ADN [1] . Existen varias diferencias entre los desoxirribonucleótidos de ADN y los ribonucleótidos de ARN. Los nucleótidos secuenciales están unidos entre sí por enlaces fosfodiéster.

Los ribonucleótidos también se utilizan en otras funciones celulares. Estos monómeros especiales se utilizan tanto en la regulación celular como en la señalización celular, como se muestra en el monofosfato de adenosina (AMP). Además, los ribonucleótidos se pueden convertir en trifosfato de adenosina (ATP), el equivalente energético en los organismos. Los ribonucleótidos se pueden convertir en monofosfato de adenosina cíclico (AMP cíclico) para regular las hormonas en los organismos [1] . En los organismos vivos, las bases más comunes para los ribonucleótidos son adenina (A), guanina (G), citosina (C) o uracilo (U). Las bases nitrogenadas se subdividen en dos compuestos originales, purina y pirimidina .

Edificio

Estructura general

La composición de los ribonucleótidos incluye: un residuo de ácido fosfórico , un azúcar pentosa de ribosa y una base nitrogenada , en la que la base nucleica puede ser adenina, guanina, citosina o uracilo. Sin el grupo fosfato, la composición del esqueleto nucleico y el azúcar se conoce como nucleósido . Las bases nucleicas nitrogenadas intercambiables se derivan de dos compuestos originales, purina y pirimidina. Los nucleótidos son compuestos heterocíclicos, lo que significa que contienen al menos dos elementos químicos diferentes como miembros de sus anillos.

Tanto el ARN como el ADN contienen dos bases purínicas básicas, adenina (A) y guanina (G), y dos pirimidinas básicas. Tanto en el ADN como en el ARN, una de las pirimidinas es la citosina (C). Sin embargo, el ADN y el ARN difieren en la segunda pirimidina principal. El ADN contiene timina (T) y el ARN contiene uracilo (U). En algunos casos raros, la timina se encuentra en el ARN y el uracilo en el ADN. Estos son los 4 ribonucleótidos básicos (ribonucleósido 5'-monofosfato) que son los componentes básicos del ARN.

Comparación de desoxirribonucleótidos de ADN y ribonucleótidos de ARN

En los ribonucleótidos, el componente de azúcar es la ribosa, mientras que en los desoxirribonucleótidos, el componente de azúcar es la desoxirribosa. En lugar de un grupo hidroxilo en el segundo carbono del anillo de ribosa, se reemplaza por un átomo de hidrógeno [2] .

Ambos tipos de pentosas en el ADN y el ARN están en forma de β-furanosa (un anillo cerrado de cinco miembros) y determinan la identidad del ácido nucleico. El ADN se define como que contiene un ácido nucleico de 2'-desoxirribosa, mientras que el ARN se define como que contiene un ácido nucleico de ribosa [1] .

En algunos casos, el ADN y el ARN pueden contener algunas bases menores. Las formas metiladas de bases básicas son las más comunes en el ADN. En el ADN viral, algunas bases pueden estar hidroximetiladas o glucosiladas. En el ARN, las bases menores o modificadas son más comunes. Algunos ejemplos incluyen hipoxantina, dihidrouracilo, formas metiladas de uracilo, citosina y guanina, y el nucleósido modificado pseudouridina [3] . También se han observado nucleótidos con grupos fosfato en posiciones distintas del carbono 5'. Los ejemplos incluyen ribonucleósido 2', 3'-monofosfatos cíclicos, que son productos intermedios aislados, y ribonucleósido 3'-monofosfatos, que son productos finales de la hidrólisis del ARN por ciertas ribonucleasas. Otras variantes incluyen adenosina 3',5'-monofosfato cíclico (cAMP) y guanosina 3',5'-monofosfato cíclico (cGMP) [4] .

Unión secuencial de nucleótidos

Los ribonucleótidos se unen entre sí para formar cadenas de ARN a través de enlaces fosfodiéster. El grupo 5'-fosfato de un nucleótido se une al grupo 3'-hidroxilo del siguiente nucleótido, creando una columna vertebral de residuos alternados de fosfato y pentosa. No hay enlace fosfodiéster en cada extremo del polinucleótido [5] . Los enlaces fosfodiéster se forman entre los ribonucleótidos por la enzima ARN polimerasa. La hebra de ARN se sintetiza desde el extremo 5' hasta el extremo 3', ya que el grupo hidroxilo 3' del último ribonucleótido de la cadena actúa como nucleófilo y lanza un ataque hidrófilo sobre el trifosfato 5' del ribonucleótido entrante, liberando pirofosfato. como subproducto [6] . Debido a las propiedades físicas de los nucleótidos, la columna vertebral del ARN es muy hidrófila y polar. A pH neutro, los ácidos nucleicos están muy cargados porque cada grupo fosfato lleva una carga negativa [7] .

Tanto el ADN como el ARN se construyen a partir de fosfatos de nucleósidos, también conocidos como monómeros de mononucleótidos, que termodinámicamente tienen menos probabilidades de combinarse que los aminoácidos. Los enlaces fosfodiéster durante la hidrólisis liberan una cantidad significativa de energía libre. Por lo tanto, los ácidos nucleicos tienden a hidrolizarse espontáneamente en mononucleótidos. Los precursores de ARN son GTP, CTP, UTP y ATP, que son la principal fuente de energía en las reacciones de transferencia de grupos [8] .

Función

Precursores de desoxirribonucleótidos[editar]

Los científicos creen que el ARN apareció antes que el ADN.

La reducción de ribonucleótidos a desoxirribonucleótidos es catalizada por la ribonucleótido reductasa. La ribonucleótido reductasa (RNR) es una enzima importante para todos los organismos vivos porque es responsable del último paso en la síntesis de cuatro desoxirribonucleótidos (dNTP) necesarios para la replicación y reparación del ADN [9] . La reacción también requiere otras dos proteínas: tiorredoxina y tiorredoxina-reductasa. El ribonucleósido difosfato (NDP) es reducido por la tiorredoxina a desoxirribonucleósido difosfato (dNTP).

La reacción general es la siguiente: ribonucleósido difosfato + NADPH + H + -> desoxirribonucleósido difosfato + NADP + + H 2 O [10] .

Para ilustrar esta ecuación, dATP y dGTP se sintetizan a partir de ADP y GDP, respectivamente. Primero son reducidos por RNR y luego fosforilados por nucleósido difosfato quinasas a dATP y dGTP. La ribonucleótido reductasa está controlada por interacciones alostéricas . Una vez que el dATP se une a la ribonucleótido reductasa, la actividad catalítica general de la enzima disminuye, lo que significa una abundancia de desoxirribonucleótidos. Esta inhibición de la retroalimentación se invierte tan pronto como se une el ATP [11] .

Discriminación de ribonucleótidos

Durante la síntesis de ADN, las ADN polimerasas deben seleccionar componentes frente a los ribonucleótidos, que están presentes en concentraciones mucho más altas que los desoxirribonucleótidos. Es fundamental que haya selectividad, ya que la replicación del ADN debe ser precisa para mantener el genoma de un organismo. Se ha demostrado que los sitios activos de las ADN polimerasas de la familia Y son responsables de mantener una alta selectividad por los ribonucleótidos [12] . La mayoría de las ADN polimerasas también están equipadas para excluir ribonucleótidos de su sitio activo a través de un residuo de cadena lateral voluminoso que puede bloquear estéricamente el grupo 2'-hidroxilo del anillo de ribosa. Sin embargo, muchas ADN polimerasas de reparación y replicación nuclear incorporan ribonucleótidos en el ADN [13] [14], lo que sugiere que el mecanismo de exclusión es imperfecto [15] .

Funciones biológicas en la célula

• Necesario para la síntesis de ARN
• Muchas moléculas clave en la célula son ribonucleótidos, o los ribonucleótidos forman parte de ellos, por ejemplo, ATP, fosfato de piridoxal , NAD , coenzima A , FAD .

1. ↑ 1 2 3 Nelson, David. Principios de bioquímica de Lehninger. — W. H. Freeman and Co., 2008. — P. 272–273.
2. ↑ EA Newsholme. Bioquímica funcional en salud y enfermedad . - Chichester, Reino Unido: Wiley-Blackwell, 2009. - xvi, 543 páginas p. - ISBN 978-0-471-98820-5 , 0-471-98820-0, 978-0-471-93165-2, 0-471-93165-9.
3. ↑ Das, Debajyoti. bioquímica. - Bimal Kumar Dhur de Academic Publishers, 2010.
4. ↑ Michael M. Cox. Principios de Bioquímica . - WH Freeman & Co, 2008. - 1158 páginas p. - ISBN 978-1-4292-2263-1 , 1-4292-2263-8, 978-0-230-22699-9, 0-230-22699-X.
5. ↑ Kenneth W. Raymond. Química general, orgánica y biológica: un enfoque integrado . — 3ra ed. — Hoboken, Nueva Jersey: Wiley, 2010. — Getr. Zahlung. Con. - ISBN 978-0-470-50476-5 , 0-470-50476-5, 978-0-470-55124-0, 0-470-55124-0.
6. ↑ La enciclopedia de escritorio de microbiología . — 1ra ed. - Amsterdam: Elsevier/Academic Press, 2004. - 1 recurso en línea (1149 páginas) p. - ISBN 978-0-08-047246-1 , 0-08-047246-X, 1-280-96697-1, 978-1-280-96697-2, 9786610966974, 6610966974.
7. ↑ Biología molecular . — 3ra ed. — Nueva York, NY: Taylor & Francis, 2005. — xiv, 370 páginas p. - ISBN 0-415-35167-7 , 978-0-415-35167-6.
8. ↑ Nelson, David. Principios de bioquímica de Lehninger. — W. H. Freeman and Co, 2008. — P. 274–275.
9. ↑ María del Mar Cendra, Antonio Juárez, Eduard Torrents. El biofilm modifica la expresión de los genes de la ribonucleótido reductasa en Escherichia coli  // PloS One. - 2012. - Vol. 7 , núm. 9 _ — S. e46350 . — ISSN 1932-6203 . - doi : 10.1371/journal.pone.0046350 .
10. ↑ Mary K. Campbell. bioquímica _ — 7ª ed. - Belmont, CA: Brooks/Cole, Cengage Learning, 2012. - 1 volumen (varias páginas) p. - ISBN 978-0-8400-6858-3 , 0-8400-6858-1, 978-1-111-42564-7, 1-111-42564-7.
11. ↑ Jeremy M. Berg. bioquímica _ — 6ª ed. - Nueva York: WH Freeman, 2007. - 1 volumen (varias paginaciones) p. - ISBN 0-7167-8724-5 , 978-0-7167-8724-2, 0-7167-6766-X, 978-0-7167-6766-4.
12. ↑ Kevin N. Kirouac, Zucai Suo, Hong Ling. Mecanismo estructural de discriminación de ribonucleótidos por una ADN polimerasa de la familia Y  //  Journal of Molecular Biology. — 2011-04. — vol. 407 , edición. 3 . — pág. 382–390 . -doi : 10.1016 / j.jmb.2011.01.037 .
13. ↑ Stephanie A. Nick McElhinny, Dinesh Kumar, Alan B. Clark, Danielle L. Watt, Brian E. Watts. Inestabilidad del genoma debido a la incorporación de ribonucleótidos en el ADN  // Nature Chemical Biology. — 2010-10. - T. 6 , núm. 10 _ — S. 774–781 . — ISSN 1552-4469 . -doi : 10.1038 / nchembio.424 .
14. ↑ Stephanie A. Nick McElhinny, Brian E. Watts, Dinesh Kumar, Danielle L. Watt, Else-Britt Lundström. Abundante incorporación de ribonucleótidos en el ADN por polimerasas replicativas de levadura  // Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América. — 2010-03-16. - T. 107 , n. 11 _ — S. 4949–4954 . — ISSN 1091-6490 . -doi : 10.1073 / pnas.0914857107 .
15. ↑ Rajesh Kasiviswanathan, William C. Copeland. Discriminación de ribonucleótidos y transcripción inversa por la ADN polimerasa mitocondrial humana  // The Journal of Biological Chemistry. — 2011-09-09. - T. 286 , n. 36 . — S. 31490–31500 . — ISSN 1083-351X . -doi : 10.1074/ jbc.M111.252460 .