Bioquímica Esencial: Estructura, Nomenclatura y Funciones de Nucleótidos y Carbohidratos Complejos

Nucleótidos

Estructura y Nomenclatura

Los nucleótidos se forman mediante la unión de una molécula de ácido fosfórico y un nucleósido a través del grupo hidroxilo del quinto carbono (carbono 5') de la pentosa. Se trata, por lo tanto, de un éster fosfórico del nucleósido. Los nucleótidos tienen un fuerte carácter ácido debido al grupo fosfato, que se ioniza.

Los nucleótidos se nombran quitando la «a» final del nombre del nucleósido y añadiendo el término «5'-monofosfato».

Nucleótidos del ARN

• Adenosín-5'-monofosfato (AMP)
• Guanosín-5'-monofosfato (GMP)
• Citidín-5'-monofosfato (CMP)
• Uridín-5'-monofosfato (UMP)

Nucleótidos del ADN

• Desoxiadenosín-5'-monofosfato (dAMP)
• Desoxiguanosín-5'-monofosfato (dGMP)
• Desoxicitidín-5'-monofosfato (dCMP)
• Desoxitimidín-5'-monofosfato (dTMP)

En la práctica, se suele emplear simplemente la inicial de cada base nitrogenada (A, G, C, T y U) para referirse a cada tipo de nucleótido.

Funciones Biológicas de los Nucleótidos

1. Función Energética: Almacenan energía en sus enlaces fosfato de alta energía (a menudo, enlaces fosfoanhídrido, aunque el texto original menciona fosfodiéster). Cuando dicho enlace se hidroliza, se obtiene la energía química que la célula utiliza en sus procesos anabólicos.
2. Función Coenzimática: Algunos nucleótidos actúan como coenzimas de enzimas llamadas deshidrogenasas. Un ejemplo de reacción es: A - H₂ + FAD → FADH₂ + A. Los tipos de nucleótidos que asumen esta función son:
   • FAD / FADH₂
   • NAD⁺ / NADH + H⁺
   • FMN / FMNH₂
   • NADP⁺ / NADPH + H⁺
3. Función Monomérica: Los nucleótidos también son monómeros de los ácidos nucleicos (ADN y ARN). En los ácidos nucleicos, dichos nucleótidos se unen mediante un enlace característico 3'-5' fosfodiéster. En este enlace, el ácido fosfórico se une al carbono 3' de un nucleótido y al carbono 5' del siguiente.
4. Función de Segundo Mensajero: Actúan como segundos mensajeros en la transducción de señales (por ejemplo, en respuesta a hormonas proteicas).

Monosacáridos

Los monosacáridos se definen como polihidroxialdehídos o polihidroxicetonas con un número de carbonos comprendido entre 3 y 6 C.

Clasificación según el número de Carbonos

a) Triosas (3 C)

Son monosacáridos con 3 carbonos. Ejemplos: dihidroxiacetona (DHA) o gliceraldehído (G). Ambas moléculas son metabolitos intermediarios de procesos biológicos importantes como la glucólisis o las fermentaciones.

b) Pentosas (5 C)

Son monosacáridos con 5 carbonos. Ejemplos: ribulosa (Ru), ribosa (Ri) o 2'-desoxirribosa (DRi).

• La ribulosa interviene en ciclos metabólicos importantes como el Ciclo de Calvin (fase oscura de la fotosíntesis) y el ciclo llamado Pentosa Fosfato.
• La ribosa y la 2'-desoxirribosa son moléculas estructurales que forman parte de los nucleótidos.

c) Hexosas (6 C)

Son monosacáridos con 6 carbonos.

• Cetohexosas: Hexosas con un grupo cetona (Ejemplo: fructosa).
• Aldohexosas: Hexosas con un grupo aldehído (Ejemplos: glucosa, galactosa, manosa).

Funciones de las Aldohexosas (Glucosa)

La glucosa cumple funciones cruciales:

1. Reserva Energética: Fundamentalmente la glucosa, que genera ATP mediante dos procesos: la respiración y la fermentación.
2. Constituyen disacáridos (Ejemplo: maltosa).
3. Constituyen polisacáridos de reserva energética (Ejemplo: almidón) y estructurales (Ejemplo: quitina).

El Enlace O-Glucosídico

El enlace O-glucosídico puede ser de dos tipos, según el número de carbonos anoméricos que intervienen:

• Monocarbonílicos: Son aquellos enlaces en los que interviene un solo carbono anomérico.
• Dicarbonílicos: Son aquellos enlaces en los que intervienen dos carbonos anoméricos.

Configuración Espacial

Según su configuración espacial, el enlace puede ser:

• Alfa (α): Son aquellos que se forman a partir de dos grupos OH en posición Cis.
• Beta (β): Son aquellos que se forman a partir de dos grupos OH en posición Trans.

Polisacáridos Estructurales y de Reserva

Características Estructurales de 3 Polisacáridos

A) Glucógeno (Reserva Animal)

• Es un polisacárido de origen animal.
• Se localiza en los músculos y en el hígado.
• Está constituido de manera similar a la amilopectina, con enlaces α(1-4) y enlaces α(1-6).
• Está más ramificado que la amilopectina. Las ramificaciones aparecen cada 8 o 10 unidades de glucosa.
• Su metabolismo (junto con la glucosa) está regulado por las hormonas insulina y glucagón.

B) Celulosa (Estructural Vegetal)

• Es de origen vegetal.
• Se localiza en la pared vegetal, formando parte de la pared primaria y de la pared secundaria.
• Representa el 50% de la pared vegetal y aparece en el algodón (100%).
• Está formado por cadenas de celobiosa que se unen formando micelas, microfibrillas y fibras, todas unidas mediante puentes de hidrógeno que constituyen estructuras cristalinas.
• La celulosa se hidroliza mediante unas enzimas llamadas celulasas (β-1,4 glucosidasas). Estas enzimas rompen el enlace β(1-4) formando celobiosa y glucosa.

C) Quitina (Estructural)

• Es un polímero formado por largas cadenas de N-acetilglucosamina (NAG) unidas mediante enlaces β(1-4).
• Forma parte del exoesqueleto de los artrópodos y en algunos casos presenta carbonato de calcio (Ca) que le confiere mayor dureza.