Gli acidi nucleici, biomolecole fondamentali presenti in tutti gli organismi viventi, sono essenziali per la memorizzazione, trasmissione e espressione delle informazioni genetiche. I mattoni degli acidi nucleici sono chiamati nucleotidi. Un nucleotide è composto da tre componenti principali: una base azotata, uno zucchero pentoso e un gruppo fosfato.
La base azotata può essere uno dei cinque tipi: adenina (A), timina (T), citosina (C), guanina (G) e uracile (U). Nel DNA (acido desossiribonucleico) è presente la timina, mentre nell'RNA (acido ribonucleico) l'uracile sostituisce la timina. I nucleotidi possono essere classificati in due categorie in base alla base azotata: purine e pirimidine. Le purine includono adenina e guanina, mentre le pirimidine sono costituite da citosina, timina e uracile.
La seconda componente, lo zucchero pentoso, può essere desossiribosio (nel DNA) o ribosio (nell'RNA). La differenza tra questi due zuccheri risiede nella presenza di un atomo di ossigeno; il ribosio ha un gruppo -OH (idrossile) sul secondo carbonio, mentre il desossiribosio ha solo un atomo di -H (idrogeno), rendendolo più stabile rispetto al ribosio.
L'ultima componente, il gruppo fosfato, collega il carbonio 5' dello zucchero al carbonio 3' di un altro zucchero nella catena dell'acido nucleico attraverso legami fosfodiestere, formando uno scheletro zucchero-fosfato che mantiene unita la struttura dell'acido nucleico. Questo scheletro è cruciale per l'integrità e la stabilità degli acidi nucleici.
Quando i nucleotidi si uniscono, formano acidi nucleici come il DNA e l'RNA. Il DNA è tipicamente a doppio filamento, creando una struttura elicoidale nota come doppia elica, mentre l'RNA è generalmente a filamento singolo e svolge ruoli nella sintesi delle proteine e nella regolazione dell'espressione genica.
I nucleotidi svolgono anche ruoli critici oltre ad essere semplici mattoni; funzionano come trasportatori di energia sotto forma di adenosina trifosfato (ATP) e agiscono come molecole di segnalazione. Ad esempio, l'adenosina monofosfato ciclico (AMPc) è coinvolta nella trasmissione dei segnali all'interno delle cellule. Pertanto, i nucleotidi non sono solo cruciali per la formazione degli acidi nucleici, ma svolgono anche ruoli vitali nelle varie funzioni cellulari.