Pirimidina

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Definición de pirimidina

La pirimidina es un compuesto aromático simple compuesto por átomos de carbono y nitrógeno en un anillo de seis miembros. El término pirimidina también se usa para referirse a derivados de pirimidina, más notablemente las tres bases nitrogenadas que, junto con las dos purinas, son los componentes básicos tanto del ácido desoxirribonucleico (ADN) como del ácido ribonucleico (ARN). Las bases nitrogenadas de pirimidina se derivan del compuesto orgánico pirimidina mediante la adición de varios grupos funcionales. Las tres pirimidinas son la timina que solo se encuentra en el ADN, el uracilo que solo se encuentra en el ARN y la citosina que se encuentra tanto en el ADN como en el ARN.

Estructura de pirimidina

La pirimidina es un anillo aromático simple compuesto por dos átomos de nitrógeno y cuatro átomos de carbono, con átomos de hidrógeno unidos a cada carbono. Los átomos de carbono y nitrógeno están conectados mediante enlaces dobles y sencillos alternos. Esta estructura de enlace permite la resonancia o aromaticidad, lo que hace que el anillo sea muy estable. Hay muchos derivados de esta estructura mediante la adición de uno o más grupos funcionales. Todos estos derivados retienen el anillo simple de seis miembros, pero las modificaciones pueden variar desde la adición de unos pocos átomos en ácidos nucleicos hasta estructuras complejas en medicamentos y vitaminas.

Esta figura muestra la estructura bidimensional de una molécula de pirimidina. Los átomos se pueden numerar en sentido antihorario desde la parte inferior N.

Esta figura muestra la estructura compleja de la tetrodotoxina, un derivado de pirimidina. El anillo de pirimidina se encuentra en la parte inferior izquierda.

Estructura de las bases nitrogenadas

Las tres bases nitrogenadas de pirimidina, timina (T), citosina (C) y uracilo (U), son formas modificadas del compuesto aromático pirimidina. Consisten en un anillo de seis miembros con dos átomos de nitrógeno y cuatro átomos de carbono, pero en lugar de ser un anillo aromático con enlaces dobles y sencillos alternos, todos tienen una cetona ( grupo carbonilo ) en el átomo de carbono 2 ′ (el carbono entre el dos átomos de nitrógeno). La adición de este doble enlace elimina un enlace del anillo, lo que da como resultado dos enlaces dobles y cuatro enlaces simples.

Además del grupo carbonilo, las tres bases nitrogenadas también tienen un grupo funcional unido al carbono 4 ‘(una cetona para T y U, y un grupo amino para C), y T tiene un grupo metilo unido al carbono 5’ también. La adición de otra cetona en T y U elimina otro doble enlace del anillo, dejando solo un doble enlace en U y T, y dos dobles enlaces en C. En los tres solo hay dos enlaces al nitrógeno 1 ‘; aquí es donde la base nitrogenada se une al azúcar en el ácido nucleico para formar un nucleósido (o un nucleótido cuando se une el fósforo).

Esta figura muestra la estructura de las cinco bases nitrogenadas separadas en purinas y pirimidinas. La línea de color es donde la base se une al azúcar ribosa.

También se pueden encontrar varias pirimidinas modificadas tanto en el ADN como en el ARN. Los nucleótidos se pueden alterar mediante oxidación, metilación, aminación o la adición de otros grupos funcionales como aldehídos, tiocetonas y alcoholes. Estas modificaciones a menudo dan como resultado efectos deletéreos como alterar la expresión génica o interrumpir la replicación. Las modificaciones son más frecuentes en el ARN que en el ADN, particularmente en el ARN nuclear pequeño (snRNA).

Función pirimidina

El compuesto aromático pirimidina y sus derivados son de naturaleza ubicua. Se encuentran en ácidos nucleicos, vitaminas, aminoácidos, antibióticos, alcaloides y una variedad de toxinas. Estos derivados desempeñan una variedad de funciones, desde la producción de aminoácidos y proteínas, contribuyendo a la salud de un organismo, proporcionando nutrientes vitales, estimulando el sistema inmunológico o antagonizando y destruyendo células. Por ejemplo, la neurotoxina tetrodotoxina es un derivado de pirimidina. Se encuentra en varias especies, incluido el pez globo japonés, el pulpo de anillos azules y el tritón de vientre naranja. La tetrodotoxina previene la transmisión de señales nerviosas y puede resultar en parálisis y muerte.

Los derivados de pirimidina también juegan un papel importante en el desarrollo de fármacos, ya sea en conjunto con otros compuestos o por sí solos. Se han utilizado en una amplia variedad de productos farmacéuticos, incluidos anestésicos generales, medicamentos contra la epilepsia, medicamentos contra la malaria, medicamentos para tratar la presión arterial alta y medicamentos contra el VIH.

Función de las bases nitrogenadas

Las tres bases nitrogenadas de pirimidina, junto con las dos bases de purina, actúan como material genético en todos los organismos vivos. Su función es doble: transmitir información de padres a hijos a través de la replicación, mitosis y meiosis, y entre diferentes organismos a través de la transferencia horizontal de genes; y codificar genes e información reguladora.

Antes de que el ADN pueda pasar de padres a hijos, primero debe transmitirse a las células hijas. Los ácidos nucleicos transmiten información a través de una replicación semiconservativa. Esto aprovecha el hecho de que existen reglas estrictas en la forma en que las bases nitrogenadas se emparejan con cada una. En lo que se conoce como las reglas de Chargaff, las pirimidinas, que son moléculas de un solo anillo, se unirán cada una con una purina de doble anillo. Esto permite que cualquier ADN de doble hebra mantenga un ancho constante a lo largo de la molécula.

Los emparejamientos son incluso más específicos que una pirimidina con una purina: la citosina solo se unirá a la guanina, y la timina y el uracilo solo se unirán a la adenina. Esto se debe a que la citosina y la guanina tienen la capacidad de formar tres enlaces de hidrógeno, mientras que las otras tres bases solo pueden formar dos enlaces de hidrógeno. Estos enlaces de hidrógeno son los que mantienen unidas las bases y, por lo tanto, las hebras. Durante la replicación del ADN, una molécula madre actúa como plantilla. Luego se copia mediante la formación de una hebra antiparalela que se forma de acuerdo con las reglas de Chargaff.

Las bases nitrogenadas y los nucleótidos de los que forman parte forman cadenas de ADN y ARN que se componen de regiones codificantes y no codificantes. Las regiones codificantes se pueden traducir en aminoácidos que forman proteínas. Esto se realiza mediante la transcripción, o la formación de un ARN intermediario, seguido de la traducción, la lectura del ARN mensajero ( ARNm ) para formar cadenas de péptidos. Si bien las regiones no codificantes no se transcriben, tienen una variedad de funciones importantes que incluyen la regulación y moléculas codificantes como el ARN ribosómico (ARNr) o el ARN de transferencia ( ARNt ), los cuales están más involucrados en la traducción y expresión génica.