Nucleósidos

¿Qué son los nucleósidos?

Los nucleósidos son un amplio grupo de moléculas biológicas formadas por una base nitrogenada y un azúcar de cinco carbonos, unidas covalentemente. En términos de estructuras, son muy diversos.

Son los precursores para la síntesis de los ácidos nucleicos (ADN y ARN), evento fundamental para el control del metabolismo y crecimiento de todos los seres vivos. También participan en varios procesos biológicos, modulando algunas actividades del sistema nervioso, muscular y cardiovascular, entre otros.

Hoy en día, los nucleósidos modificados se usan como terapia antiviral y anticancerígena gracias a su propiedad de bloquear la replicación del ADN.

Es importante no confundir el término nucleósido con nucleótido. Aunque ambos elementos se parecen estructuralmente, ya que están formados por los monómeros de los ácidos nucleicos, los nucleótidos tienen uno o varios grupos fosfato adicionales. Es decir, un nucleótido es un nucleósido con un grupo fosfato.

Características de los nucleósidos

• Composición química. Están compuestos por dos partes principales: una base nitrogenada y un azúcar pentosa. Pueden contener una de las cuatro bases nitrogenadas: adenina (A), guanina (G), citosina (C) o timina (T) en el caso del ADN, o uracilo (U) en el caso del ARN. En cuanto al azúcar pentosa, la pentosa que se encuentra en los nucleósidos puede ser ribosa, en el caso del ARN, o desoxirribosa, en el caso del ADN. La principal diferencia entre ellas radica en la presencia de un grupo hidroxilo en el carbono 2’ de la ribosa y un hidrógeno en el caso de la desoxirribosa.
• Función. Los nucleósidos son los componentes básicos que forman los ácidos nucleicos. Se combinan para formar los nucleótidos, que son las unidades estructurales más grandes y funcionales de los ácidos nucleicos.
• Información genética. La secuencia de los nucleósidos en el ADN y el ARN codifica la información genética que determina la síntesis de proteínas y otras funciones biológicas importantes.
• Nucleósidos en medicina. Los nucleósidos y nucleótidos modificados se utilizan en medicina como componentes de medicamentos antivirales y quimioterapéuticos debido a su capacidad para interferir en la replicación de ADN y detener la proliferación celular.

Estructura de los nucleósidos

La estructura de los nucleósidos comprende una base nitrogenada unida por medio de un enlace covalente a un azúcar de cinco carbonos. A continuación exploraremos estos componentes a fondo.

• Base nitrogenada. El primer componente, la base nitrogenada, también llamado nucleobase, es una molécula plana de carácter aromático que contiene nitrógeno en su estructura, y puede ser una purina o una pirimidina. Las primeras están formadas por dos anillos fusionados: uno de seis átomos y otro de cinco. Las pirimidinas son más pequeñas y están formadas por un solo anillo.
• Pentosa. El segundo componente estructural es una pentosa, que puede ser una ribosa o una desoxirribosa. La ribosa es un azúcar “normal” donde cada átomo de carbono está unido a uno de oxígeno. En el caso de la desoxirribosa, el azúcar está modificado, ya que carece de un átomo de oxígeno en el carbono 2’.
• Enlace. En todos los nucleósidos (y también en los nucleótidos) que encontramos naturalmente, el enlace entre ambas moléculas es de tipo β-N-glicosídico, y es resistente al clivaje alcalino. El carbono 1’ del azúcar se encuentra unido al nitrógeno 1 de la pirimidina y al nitrógeno 9 de la purina. Como vemos, estos son los mismos componentes que están en los monómeros que forman los ácidos nucleicos: los nucleótidos.
• Nucleósidos modificados. Hasta ahora, hemos descrito la estructura general de los nucleósidos. Sin embargo, existen algunos con ciertas modificaciones químicas, siendo la más común la unión de un grupo metilo con la base nitrogenada. También pueden ocurrir metilaciones en la porción del carbohidrato. Otras modificaciones menos frecuentes incluyen isomerización, por ejemplo, de uridina a seudouridina, pérdida de hidrógenos, acetilación, formilación, e hidroxilación.

Clasificación y nomenclatura de los nucleósidos

Dependiendo de los componentes estructurales del nucleósido, se ha establecido una clasificación en ribonucleósidos y desoxinucleósidos. En la primera categoría están los nucleósidos cuya purina o pirimidina está unida a una ribosa. Además, las bases nitrogenadas que los forman son adenina, guanina, citosina y uracilo.

En los desoxinucleósidos la base nitrogenada se encuentra anclada a la desoxirribosa. Las bases que encontramos son las mismas que en los ribonucleótidos, con la excepción de que la pirimidina uracilo está sustituida por una timina.

De esta manera, los ribonucleósidos se nombran dependiendo de la base nitrogenada que contenga la molécula, estableciendo la siguiente nomenclatura: adenosina, citidina, uridina y guanosina. Para identificar a un desoxinucleósido, se añade el prefijo desoxi-, a saber: desoxiadenosina, desoxicitidina, desoxiuridina y desoxiguanosina.

Como se mencionó, la diferencia fundamental entre un nucleótido y un nucleósido es que el primero posee un grupo fosfato unido al carbono 3’ (3’-nucleótido) o al carbono 5’ (5’-nucleótido). Así, en términos de nomenclatura, nos podemos encontrar que un sinónimo del primer caso es un nucleósido-5’-fosfato.

Funciones biológicas de los nucleósidos

• Bloques estructurales. Los nucleósidos trifosfato (es decir, con tres fosfatos en su estructura) son la materia prima para la construcción de los ácidos nucleicos: el ADN y el ARN.
• Almacenamiento de energía. Gracias a los enlaces de alta energía que mantienen unidos a los grupos fosfatos, son estructuras que fácilmente almacenan energía de adecuada disponibilidad para la célula. El ejemplo más famoso es el ATP (adenosina trifosfato), mejor conocido como la “moneda energética de la célula”.
• Hormonas locales. Los nucleósidos propiamente dichos no poseen una actividad biológica significativa. No obstante, en los mamíferos encontramos una excepción resaltante: la molécula de adenosina. En estos organismos, la adenosina toma el papel de autocoide, que significa que funciona como una hormona local y también como neuromodulador. La circulación de la adenosina en el torrente sanguíneo modula diferentes funciones, como la vasodilatación, frecuencia cardíaca, las contracciones en la musculatura lisa, la liberación de los neurotransmisores, la degradación de lípidos, entre otros. La adenosina es famosa por su papel en la regulación del sueño. Cuando la concentración de este nucleósido incrementa, produce cansancio y sueño. Por ello, el consumo de cafeína (una molécula similar a la adenosina) nos mantiene despiertos, ya que bloquea las interacciones de la adenosina y sus respectivos receptores en el cerebro.

Los nucleósidos en la dieta

Los nucleósidos pueden obtenerse de los alimentos, y se ha demostrado que modulan varios procesos fisiológicos, beneficiando ciertos aspectos del sistema inmune, desarrollo y crecimiento del tracto gastrointestinal, metabolismo de los lípidos, funciones hepáticas, entre otros.

Son componentes abundantes en la leche materna, el té, la cerveza, la carne y el pescado, entre otros alimentos. El suplemento exógeno de nucleósidos (y nucleótidos) es importante en pacientes que carecen de la capacidad de sintetizar estos compuestos de novo.

En cuanto a la absorción, casi el 90% de los nucleótidos se absorben en forma de nucleósidos y fosforilados nuevamente en las células del intestino.

Aplicaciones médicas de los nucleósidos: anticancerígenos y antivirales

Ciertos análogos de nucleósidos o nucleótidos modificados han demostrado actividad anticancerígena y antiviral, permitiendo tratar condiciones de importancia médica significativa, como el VIH/SIDA, el virus del herpes, virus de la hepatitis B y la leucemia, entre otros.

Estas moléculas se usan para el tratamiento de dichas patologías, ya que tienen la capacidad de inhibir la síntesis del ADN. Estos son transportados de manera activa al interior de la célula y, como presentan modificaciones químicas, previenen futuras replicaciones del genoma del virus.

Los análogos que se emplean como tratamiento son sintetizados mediante diferentes reacciones químicas. Las modificaciones pueden venir en la porción de la ribosa o en la base nitrogenada.

Referencias

1. Cooper, G. M., & Hausman, R. E. The cell: a molecular approach. Sunderland.
2. Griffiths, A. J. Modern genetic analysis: integrating genes and genomes. Macmillan.
3. Koolman, J., & Röhm, K. H. Bioquímica: texto y atlas. Ed. Médica Panamericana.
4. Passarge, E. Genética, texto y atlas. Ed. Médica Panamericana.
5. Siegel, G. J. Basic neurochemistry: molecular, cellular and medical aspects. Lippincott-Raven.