Los nucleótidos son substituyentes ubicuos en la naturaleza que participan casi en todos los procesos bioquímicos.
1.- Forman las unidades monoméricas de los ácidos nucleicos, que son sintetizados directamente de nucleósidos trifosfatados, la forma activada de los nucleótidos.
2.- De los nucleósidos trifosfatados el que participa como donador de energía química en un mayor número de procesos, es el adenosín trifosfato (ATP) que además es el producto final de la gran mayoría de los procesos metabólicos. Muchos intermediarios activados como la UDP-glucosa en la síntesis de glucógeno, contienen nucleótidos.
3.- muchas vías metabólicas están reguladas al menos en parte por los niveles de ATP, ADP o AMP. De manera semejante, muchas señales hormonales como aquellas que controlan al metabolismo del glucógeno, son mediadas intracelularmente por las moléculas cíclicas del AMP o GMP (cAMP o cGMP).
La importancia de los nucleótidos en el metabolismo celular es clara por que casi todos las células pueden sintetizarlos de novo y a partir de la degradación de los ácidos nucleicos.
Son ésteres de fosfato de pentosas en las cuales una base nitrogenada está unida al C1´ de una azúcar. En los ribonucleótidos la pentosa es la D-ribosa, en losdesoxiribonucleótidos (DNA, desoxinucleótidos), el azúcar es 2´-desoxi-D-ribosa (los números primos señalan posiciones de átomos del azúcar, los no primos corresponden a la base nitrogenada). El fosfato puede estar en posición 3´ó 5´. Si no hay fosfato en la molécula, el compuesto es un nucleósido.
En 1948, John Buchanan obtuvo las primeras evidencias de las síntesis de novo de estos compuestos al alimentar palomas con una variedad de compuestos isotópicamentemarcados. Determinó químicamente las posiciones de los átomos marcados en el producto de excreción, el ácido úrico (una purina). Buchanan utilizó aves porque excretan el nitrógeno casi enteramente como ácido úrico, substancia insoluble, fácilmente de aislar. Nótese que los C4, C5 y N7 provienen de la glicina, mientras que cada uno de los otros átomos, derivan de un precursor independiente. El formato proviene del tetrahidro folato, en el metabolismo de unidades de un carbono. El procedimiento consta de 11 reacciones
Figura: origen de los átomos de una purina
Muchas células tienen un recambio activo de muchos de sus ácidos nucleicos (particularmente de algunos tipos de ARNs). A partir de este proceso, se liberan adenina, guanina ehipoxantina (que a diferencia de la guanina, carece del grupo amino en posición C2).
Figura: representación de las moléculas de guanina e hipoxantina.
Estas purinas libres, son recuperadas para formar sus nucleótidos correspondientes a través de vías de salvamento. A diferencia de la síntesis de novo que es prácticamente idéntica en todas las células, las vías de salvamento, son diversas. En los mamíferos, las purinas son salvadas principalmente por medio de dos enzimas, la adenina fosforibosiltransferasa(APRT), forma AMP a través de la transferencia de adenina al fosforibosil pirofosfato con la liberación de PPi:
Adenina + PRPP D AMP + PPi
Y la hipoxantina-guanina fosforibosiltransferasa (HGPRT), que cataliza una reacción análoga tanto para hipoxantina como para guanina:
Hipoxantina IMP + PPi
o + PRPP D
Guanina GMP + PPi
Resultado de la deficiencia de la hipoxantina-guanina fosforibosiltransferasa en el metabolismo de nucleótidos:
La deficiencia en HGPRT es un defecto genético ligado al sexo masculino. Resulta en la excesiva producción de ácido úrico (producto de la degradación de las purinas), lo cual causa anormalidades neurológicas, retardo mental, comportamiento autodestructivo y agresivo, además de automutilación. La acumulación de PRPP incrementa la síntesis de purinas, la degradación de este exceso ocasiona el incremento de ácido úrico, pero no es claro porque causa estos trastornos.
El proceso de la biosíntesis de los ribonucleótidos de pirimidina, es más sencilla que la de purinas. Experimentos con moléculas marcadas radiactivamente muestran que los átomos N1, C4,5 y 6, provienen de aspartato, C2 del HCO3- y N3 de la glutamina
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Figura: origen de los átomos de una purina
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