Nucleobase

Pareja de base: Dos pares base son producidos por cuatro monómeros nucleótidos, nucleobases son en azul. Guanine (G) está emparejado con citosina (C) a través de tres bonos de hidrógeno, en rojo. Adenine (A) se combina con uracil (U) a través de dos. bonos de hidrógeno, en rojo.

Los núcleos purinos son moléculas de cuerda fundida.

Los núcleos de pirimidina son moléculas de anillo simples.

Las nucleobases, también conocidas como bases nitrogenadas o, a menudo, simplemente bases, son compuestos biológicos que contienen nitrógeno y forman nucleósidos que, a su vez,, son componentes de los nucleótidos, y todos estos monómeros constituyen los componentes básicos de los ácidos nucleicos. La capacidad de las nucleobases para formar pares de bases y apilarse una sobre otra conduce directamente a estructuras helicoidales de cadena larga, como el ácido ribonucleico (ARN) y el ácido desoxirribonucleico (ADN). Cinco bases nitrogenadas, adenina (A), citosina (C), guanina (G), timina (T) y uracilo (U), se denominan primarias o canónicas. Funcionan como las unidades fundamentales del código genético, con las bases A, G, C y T que se encuentran en el ADN, mientras que A, G, C y U se encuentran en el ARN. La timina y el uracilo se distinguen simplemente por la presencia o ausencia de un grupo metilo en el quinto carbono (C5) de estos anillos heterocíclicos de seis miembros. Además, algunos virus tienen aminoadenina (Z) en lugar de adenina. Se diferencia por tener un grupo amino extra, lo que crea un enlace más estable con la timina.

La adenina y la guanina tienen una estructura esquelética de anillos fusionados derivada de la purina, por lo que se denominan bases de purina. Las bases nitrogenadas de purina se caracterizan por su único grupo amino (−NH₂), en el carbono C6 en adenina y C2 en guanina. De manera similar, la estructura de anillo simple de la citosina, el uracilo y la timina se deriva de la pirimidina, por lo que esas tres bases se denominan bases de pirimidina.

Cada uno de los pares de bases en un ADN de doble hélice típico comprende una purina y una pirimidina: ya sea una A emparejada con una T o una C emparejada con una G. Estos pares de purina-pirimidina, que se denominan bases complementarias, se conectan las dos hebras de la hélice y a menudo se comparan con los peldaños de una escalera. Solo el emparejamiento de purina con pirimidina asegura un ancho constante para el ADN. El emparejamiento A–T se basa en dos enlaces de hidrógeno, mientras que el emparejamiento C–G se basa en tres. En ambos casos, los enlaces de hidrógeno están entre los grupos amina y carbonilo en las bases complementarias.

Las nucleobases como la adenina, la guanina, la xantina, la hipoxantina, la purina, la 2,6-diaminopurina y la 6,8-diaminopurina pueden haberse formado tanto en el espacio exterior como en la Tierra.

El origen del término base refleja estos compuestos' propiedades químicas en las reacciones ácido-base, pero esas propiedades no son especialmente importantes para comprender la mayoría de las funciones biológicas de las nucleobases.

Estructura

Estructura química del ADN, mostrando cuatro pares de nucleobase producidos por ocho nucleótidos: adenina (A) se une a la timina (T), y guanina (G) se une a la citosina (C). + Esta estructura también muestra la direccionalidad de cada una de las dos columnas de fosfato-deoxiribosa, o hebras. Los 5' a 3'leído "5 primeras a 3 primeras") direcciones son: abajo el hilo a la izquierda, y arriba el hilo a la derecha. Las hebras se retorcían entre sí para formar una estructura de doble helix.

A los lados de la estructura del ácido nucleico, las moléculas de fosfato conectan sucesivamente los dos anillos de azúcar de dos monómeros de nucleótidos adyacentes, creando así una biomolécula de cadena larga. Estas uniones de cadena de fosfatos con azúcares (ribosa o desoxirribosa) crean la "columna vertebral" hebras para una biomolécula de hélice simple o doble. En la doble hélice del ADN, las dos hebras están orientadas químicamente en direcciones opuestas, lo que permite el apareamiento de bases proporcionando complementariedad entre las dos bases, y que es esencial para la replicación o transcripción de la información codificada que se encuentra en el ADN.

Bases nitrogenadas modificadas

El ADN y el ARN también contienen otras bases (no primarias) que se modificaron después de que se formó la cadena de ácido nucleico. En el ADN, la base modificada más común es la 5-metilcitosina (m⁵C). En el ARN, hay muchas bases modificadas, incluidas las contenidas en los nucleósidos pseudouridina (Ψ), dihidrouridina (D), inosina (I) y 7-metilguanosina (m⁷G).

La hipoxantina y la xantina son dos de las muchas bases creadas por la presencia de mutágenos, ambas por desaminación (reemplazo del grupo amino por un grupo carbonilo). La hipoxantina se produce a partir de la adenina, la xantina a partir de la guanina y el uracilo a partir de la desaminación de la citosina.

Nucleóbases de purina modificadas

Estos son ejemplos de adenosina o guanosina modificada.

Nucleobase	Hypoxanthine	Xanthine	7-Methylguanine
Nucleoside	Inosine I	Xanthosine X	7-Methylguanosine m7G

Bases nitrogenadas de pirimidina modificadas

Estos son ejemplos de citosina, timina o uridina modificadas.

Nucleobase	5,6-Dihidrouracil	5-Metilcitosina	5-Hydroxymetilcitosina
Nucleoside	Dihydrouridine D	5-Metilcidina m5C	Pseudouridine

Bases nitrogenadas artificiales

Existe una gran cantidad de análogos de nucleobase. Las aplicaciones más comunes se utilizan como sondas fluorescentes, ya sea directa o indirectamente, como el nucleótido de aminoalilo, que se utilizan para marcar cRNA o cDNA en microarreglos. Varios grupos están trabajando en alternativas "extra" pares de bases para ampliar el código genético, como la isoguanina y la isocitosina o la 2-amino-6-(2-tienil)purina y el pirrol-2-carbaldehído fluorescentes.

En medicina, varios análogos de nucleósidos se utilizan como agentes anticancerígenos y antivirales. La polimerasa viral incorpora estos compuestos con bases no canónicas. Estos compuestos se activan en las células al convertirse en nucleótidos; se administran como nucleósidos ya que los nucleótidos cargados no pueden cruzar fácilmente las membranas celulares. Se ha anunciado al menos un conjunto de nuevos pares de bases a partir de mayo de 2014.

Condensación prebiótica de nucleobases con ribosa

Para comprender cómo surgió la vida, es necesario conocer las vías químicas que permiten la formación de los componentes básicos de la vida en condiciones prebióticas plausibles. Según la hipótesis del mundo del ARN, los ribonucleótidos flotantes estaban presentes en la sopa primordial. Estas fueron las moléculas fundamentales que se combinaron en serie para formar ARN. Moléculas tan complejas como el ARN debieron surgir de pequeñas moléculas cuya reactividad estaba gobernada por procesos físico-químicos. El ARN está compuesto de nucleótidos de purina y pirimidina, los cuales son necesarios para la transferencia confiable de información y, por lo tanto, para la evolución darwiniana. Nam et al. demostró la condensación directa de nucleobases con ribosa para dar ribonucleósidos en microgotas acuosas, un paso clave que conduce a la formación de ARN. Resultados similares obtuvieron Becker et al.