Los nucleótidos purínicos y pirimidínicos son metabolitos extremadamente importantes que participan en muchas funciones celulares. Estas funciones comprenden su actuación como precursores de los ácidos nucleicos, como almacenes de energía, afectores, agentes de transferencia de grupos, así como mediadores de la acción hormonal y neurotransmisora. Los nucleótidos se forman de novo en la célula a partir de aminoácidos, ribosa, fosfato y CO₂. La ruta de novo para la síntesis de los nucleótidos requiere un suministro relativamente elevado de energía. Para compensar esto, muchas células tienen rutas muy eficientes de recuperación mediante las que se pueden reutilizar las bases purínicas o pirimidínicas preformadas.

Debido a la forma en que se sintetizan o recuperan los nucleótidos, las purinas y las pirimidinas se encuentran en la célula principalmente en forma de nucleótidos. En condiciones normales, las concentraciones de bases o nucleósidos libres son extremadamente pequeñas. Los niveles de nucleótidos en la célula están regulados muy finamente mediante una serie de enzimas controlados alostéricamente en la ruta. Los nucleótidos son los reguladores de estas reacciones.

Funciones metabólicas de los nucleótidos

Todos los tipos de células (de mamíferos, bacterianas y vegetales) contienen una gran variedad de nucleótidos y sus derivados. Sus principales funciones son:

1.  Papel en el metabolismo energético: El ATP se genera en las células mediante la fosforilación oxidativa y la fosforilación a nivel de sustrato. El ATP se utiliza para impulsar las reacciones metabólicas, como un agente fosforilante, y está implicado en procesos como la contracción muscular, transporte activo y mantenimiento de la integridad de la membrana celular. En su acción como agente fosforilante, el ATP es un dador de fosfato para la generación de los otros nucleósidos 5´-trifosfatos (por ej. GTP, UTP, CTP).

2.  Unidades monoméricas de los ácidos nucleicos: los ácidos nucleicos, DNA y RNA, están compuestos por unidades monoméricas de los nucleótidos. En las reacciones en las que se sintetizan los ácidos nucleicos, los nucleósidos 5´-trifosfatos son los sustratos que se unen al polímero a través de enlaces fosfodiéster 3´-5´con liberación de pirofosfato.

Mediadores fisiológicos: otras funciones de los nucleótidos son aquellas en las que actúan como mediadores de procesos metabólicos clave. El AMPc actúa como segundo mensajero en el control de la glucógenolisis y glucogénesis mediado por la adrenalina y el glucagón.

3.  Componentes de coenzimas: Coenzimas tales como el NAD, FAD y coenzima A son constituyentes metabólicos importantes de las células que están implicados en muchas rutas metabólicas.

Intermediarios activados: Los nucleótidos también sirven de portadores de intermediarios activados necesarios para diversas reacciones. Un compuesto tal como la UDP-glucosa es un intermediario clave en la síntesis del glucógeno y de las glucoproteínas. La GDP-manosa, la GDP-fucosa, la UDP-galactosa y el CMP-ácido siálico son intermediarios clave de reacciones en las que las porciones azúcar son transferidas para la síntesis de glucoproteínas. El CTP se utiliza para generar CDP-colina, CDP-etanolamina y CDP-diacilgliceroles los cuales están involucrados en el metabolismo de fosfolípidos.

4.  6. Efectores alostéricos: Muchos de los pasos regulados en las vías metabólicas están controlados por las concentraciones intracelulares de nucleótidos.

Química de los nucleótidos

Los principales derivados purínicos que se encuentran en la célula son los de la adenina y de la guanina (ver figura).

Figura 1: Fórmulas de la adenina y la guanina. Tomada de Devlin, T. M. "Bioquímica".

Los derivados nucleósidos de éstas moléculas (ver figura) contienen ribosa o 2-desoxirribosa unida al anillo de purina mediante un enlace b-N-glucosídico en N-9.

Figura 2: Derivados nucleósidos de la adenina. Tomada de Devlin, T. M. "Bioquímica".

Los ribonucleósidos contienen ribosa, mientras que los desoxirribonucleósidos contienen desoxirribosa en su porción azucarada.

Los nucleótidos pirimidínicos que se encuentran a mayores concentraciones en la célula son los que contienen uracilo, citosina y timina (ver figura).

Figura 3: Nucleótidos pirimidínicos. Tomada de Devlin, T. M. "Bioquímica".

Los nucleótidos de uracilo y citosina son los componentes pirimidínicos mayoritarios del RNA mientras que los de citosina y timina son los componentes pirimidínicos mayoritarios del DNA. Los nucleósidos de las pirimidinas son uridina, citidina y timidina.

Figura 4: Nucleósidos de las pirimidinas. Tomada de Devlin, T. M. "Bioquímica".

Los ésteres fosfato de los nucleósidos pirimidínicos son UMP, CMP y TMP. En la célula, los principales derivados pirimidínicos se encuentran en forma de tri- y difosfatos:

Figura 5: Nucleótidos del uracilo. Tomada de Devlin, T. M. "Bioquímica".