Base nitrogenada
Definición de base nitrogenada
Varias sustancias químicas con una estructura cíclica similar, cada una conocida como base nitrogenada, desempeñan varias funciones importantes en biología. Una base nitrogenada no solo es los componentes básicos de la información genética que transporta moléculas como el ADN y el ARN, sino que diferentes formas de la base nitrogenada cumplen diversas funciones celulares, desde la transducción de señales hasta el crecimiento de microtúbulos.
En el ADN y el ARN, una base nitrogenada forma un enlace con una molécula de azúcar de carbono de 5 lados, que forma una «columna vertebral» para toda la molécula. Una base nitrogenada más esta columna vertebral de azúcar se conoce como nucleótido y forma los componentes básicos del ADN y el ARN.
Base nitrogenada dentro de ácidos nucleicos
Purinas y pirimidinas
Cuando se habla de una base nitrogenada en el contexto de ADN o ARN, es importante tener en cuenta que hay dos clases de bases de base nitrogenada. Cada base nitrogenada comparte una característica: un anillo de seis lados con 4 átomos de carbono y 2 átomos de nitrógeno. Una purina tiene un anillo adicional de 5 lados, creado por 1 carbono más y 2 átomos de nitrógeno más. Una base nitrogenada de pirimidina tiene solo 1 anillo de seis lados. Cada base nitrogenada tiene enlaces únicos, lo que hace que funcione de una manera única dentro del ADN o ARN. Cada base se puede ver en la imagen de abajo.
Ácido desoxirribonucleico (ADN)
La siguiente imagen muestra la estructura del ADN. El ADN tiene una «columna vertebral» de desoxirribosa, que se muestra aquí como moléculas incoloras con un extremo 5 ‘y 3’. Estos números se refieren a los carbonos expuestos en la cadena de azúcar, lo que le da al ADN su direccionalidad y legibilidad. Esto permite que varias proteínas lean y procesen el ADN de manera eficiente.
Cada molécula coloreada representa una base nitrogenada. Observe cómo cada base nitrogenada se empareja con la base nitrogenada frente a ella. Esto se llama apareamiento de bases y es una parte importante de la replicación, reparación y mantenimiento del ADN. Visto aquí en una configuración adecuada, cada pirimidina se empareja con una purina, lo que permite que se formen varios enlaces de hidrógeno. Estos enlaces, las líneas punteadas en la imagen de arriba, mantienen el ADN en una forma espiral regular, así como también protegen al ADN de que una base nitrogenada se rompa accidentalmente.
Las enzimas que reparan y mantienen el ADN pueden «detectar» malformaciones causadas por la falta de enlaces de hidrógeno. Si, por ejemplo, dos purinas intentaran emparejarse, no podrían formar enlaces de hidrógeno. Una enzima reparadora encontraría un «bulto» o irregularidad en el ADN. Ciertas enzimas pueden luego cortar y reemplazar la base incorrecta.
Ácido ribonucleico (ARN)
Hay dos diferencias notables entre el ARN y el ADN. El primero está en el nombre mismo. Mientras que el ADN se basa en desoxirribosa, el ARN se basa en ribosa. La única diferencia entre la ribosa y la desoxirribosa es un átomo de oxígeno.
La segunda diferencia entre el ADN y el ARN es que el ARN usa un conjunto ligeramente diferente de bases nitrogenadas. En la imagen de abajo, una molécula de ARN sustituye a la timina por uracilo. Las razones de esto no se comprenden completamente, aunque el ARN es generalmente una molécula de vida más corta. Además, el ARN a menudo existe como una sola hebra, en lugar de una doble hebra con enlaces de hidrógeno. Este no es siempre el caso, como se ve en los virus de ARN bicatenario, pero el ARN es típicamente monocatenario en la mayoría de los animales.
Independientemente de si el ácido nucleico es ADN o ARN, la fórmula básica es la misma. Tome una base nitrogenada, agregue un azúcar de 5 carbonos con un grupo de fósforo y únalas. Los enlaces formados entre el grupo fósforo y el oxígeno del siguiente anillo de 5 carbonos se denominan enlace fosfodiéster y forman la columna vertebral tanto del ARN como del ADN.
Cómo una base nitrogenada transporta información genética
Cada base nitrogenada contiene poca información en sí misma. Más bien, cada base nitrogenada se lee como una unidad, con otras dos bases. Estos paquetes de información de tres bases se denominan codones. Cada codón especifica un determinado aminoácido. Juntos en el orden correcto y doblados en forma, una cadena de aminoácidos crea una proteína. Estas proteínas luego llevan a cabo las funciones de la vida, incluido todo, desde el crecimiento hasta la reproducción.
Se necesitan alrededor de 3.000.000.000 de pares de bases para crear un ser humano funcional. Esto significa que hay alrededor de 6.000.000.000 de bases individuales en cada célula de su cuerpo. Si bien esto puede parecer una cantidad enorme, su cuerpo procesa y replica constantemente su ADN. Esta es probablemente la función principal y más importante de una base nitrogenada para cualquier organismo.
Bases nitrogenadas en otras funciones celulares
Transferencia de energía
El almacenamiento de información genética no es la única tarea de las bases. Muchos se utilizan en la transferencia de energía entre moléculas de alimentos como la glucosa y las necesidades energéticas de las proteínas dentro de la célula. La más reconocida de estas moléculas es el trifosfato de adenina, más comúnmente conocido como ATP. Si bien los libros de texto de biología a menudo se refieren a esta molécula como la molécula de transferencia de energía universal de la célula, es importante señalar que se basa en la adenina, la base nitrogenada.
Si bien el ATP es ampliamente reconocido en una serie de reacciones celulares, no es la única que sirve en la transferencia de energía celular. Otra molécula, el trifosfato de guanina (GTP), se utiliza en varias funciones celulares. GTP abre canales de proteínas, ayuda en la formación de microtúbulos e incluso energiza la importación de proteínas importantes a las mitocondrias. Esto, a su vez, ayuda a producir más ATP a través de la respiración aeróbica, que impulsa el crecimiento celular.
Señal telefónica
Una base nitrogenada también puede desempeñar funciones importantes en la señalización celular, un proceso conocido como transducción de señales. El esquema general implica una serie de mensajeros químicos que actúan sobre varias proteínas dentro de una célula para enviar una señal. Una célula del páncreas puede medir la glucosa en sangre, transducir una señal para liberar insulina y dispersar la insulina en el torrente sanguíneo. Este proceso está integrado y coordinado por una serie de factores que involucran una base nitrogenada.
El ATP y el monofosfato de adenina cíclico desempeñan funciones importantes en la señalización intracelular como esta. Su relación impulsa varias reacciones químicas a diferentes puntos de equilibrio, lo que en efecto impulsa las actividades de la célula. El GTP está implicado en una serie de vías desde el crecimiento y el metabolismo hasta la muerte celular señalada ( apoptosis ).
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