นิวคลีโอไทด์ (nucleotide) เป็นโครงสร้างพื้นฐานของกรดนิวคลีอิก ซึ่งประกอบด้วย นิวคลีโอไซด์ (neucleoside) กับหมู่ฟอสเฟต โดยนิวคลีโอไซด์ประกอบด้วยไนโตรจีนัสเบส (nitrogenous base; เรียกสั้นๆว่าเบส) กับน้ำตาลเพนโทส (มีคาร์บอน 5 โมเลกุล) ทั้งนี้เบสแบ่งตามโครงสร้างได้เป็นสองกลุ่มคือ ไพริมิดีน (โครงสร้างมี 1 วง) ได้แก่ ไซโตซีน (C) ไทมีน (T) และยูราซิล (U) และเบสไพรีน (โครงสร้างมี 2 วง) ได้แก่ อะดีนีน (A) กวานีน (G)
ในการรวมตัวเป็นนิวคลีโอไทด์ เบสจะต่อกับคาร์บอนตัวที่ 1 ของน้ำตาลเพนโทส และฟอสเฟตต่อกับน้ำตาลตัวที่ 5 ของเพนโทส น้ำตาลเพนโทสที่พบในนิวคลีโอไทด์มีสองชนิดคือน้ำตาลไรโบสกับน้ำตาลดีออกซีไรโบส
การสังเคราะห์
นิวคลีโอไทด์ สามารถสังเคราะห์ได้ทั้ง ในห้องทดลอง in vitro และ ในสิ่งมีชีวิต in vivo ในสิ่งมีชีวิต นิวคลีโอไทด์สามารถสังเคราะห์ จากการสร้างใหม่ (de novo) หรือ ใช้วิธีรีไซเคิลผ่าน salvage pathways นิวคลีโอไทด์ มีโครงสร้างที่อดทนต่อการแตกตัวซึ่งเป็นประโยชน์ในการสามารถนำมาใช้ได้ใหม่ ในการสังเคราะห์ นิวคลีโอไทด์ตัวใหม่ การสังเคราะห์ในห้องทดลอง กลุ่มป้องกันอาจถูกนำมาใช้ nucleoside บริสุทธิ์ ถูกป้องกันเพื่อสร้าง phosphoramidite ซึ่งสามารถทดแทนสิ่งที่หาไม่ได้ในธรรมชาติ หรือ เพื่อ การสังเคราะห์ oligonucleotide
Pyrimidine ribonucleotides
การสังเคราห์ Pyrimidine nucleotide เริ่มด้วยการสร้าง carbamoyl phosphate จาก glutamine และ CO2. ปฏิกริยา cyclisation ระหว่าง carbamoyl phosphate ทำปฏิกริยากับ aspartate ให้ orotate ในขั้นตอนย่อยๆ Orotate ทำปฏิกริยากับ 5-phosphoribosyl α-diphosphate (PRPP) ให้ orotidine monophosphate (OMP) ซึ่งก็คือ decarboxylated เพื่อใช้สร้าง uridine monophosphate (UMP) ซึ่งมาจาก UMP ที่ pyrimidine nucleotide ตัวอื่นๆส่งต่อมา UMP เป็นตัว phosphorylated สำหรับ uridine triphosphate (UTP) ทำโดยผ่านปฏิกริยากับ ATP 2 ขั้นตอน Cytidine monophosphate (CMP) ซึ่งได้รับมาจากการเปลี่ยน UTP ไปเป็น cytidine triphosphate (CTP) ด้วยปฏิกริยาย่อยที่ทำให้เสีย 2 ฟอสเฟต
Purine ribonucleotides
อะตอมที่ใช้สร้าง purine nucleotides ได้มาจากหลายๆแหล่ง เป็นรูปแบบตั้งต้น biosynthetic ของ purine ring อะตอม
กระบวนการสังเคราะห์ใหม่ (อังกฤษ :de novo synthesis) ของ purine nucleotides ที่แสดงในรูปนี้ แสดงให้เห็น กระบวนการสร้าง purine ring กระทำโดย pathway 10 ขั้นตอน เพื่อเสริมกิ่งของ ผลิตภัณฑ์ระหว่างกลาง (intermediate) คือ IMP ซึ่งเป็น nucleotide ที่มีพื้นฐานจาก hypoxanthine สำหรับ AMP และ GMP เป็นกระบวนการย่อยของการสังเคราะห์ จากผลิตภัณฑ์ระหว่างกลาง ผ่าน pathway 2 ขั้นตอน ที่แยกออกจากกัน ดังนั้น purine moieties เป็นผลิตภัณฑ์ขั้นต้นส่วนหนึ่งของ ribonucleotides นอกเหนือจาก free bases เอ็นไซม์ 6 ชนิดที่เป็นส่วนหนึ่งของการสังเคราะห์ IMP synthesis 3 ตัวในจำนวนนี้มีการทำงานได้หลายแบบ
- GART (ทำปฏิกริยาที่ 2 3 และ 5)
- PAICS (ทำปฏิกริยาที่ 6 และ 7)
- ATIC (ทำปฏิกริยาที่ 9 และ 10)
ปฏิกริยาที่ 2. ในปฏิกริยาแรกมีจุดเด่นตรงที่เกี่ยวข้องกับ purine nucleotide biosynthesis ตัวเร่งปฏิกรยา PPAT ซึ่งทำการเปลี่ยนตำแหน่ง pyrophosphate group (PPi) ใน PRPP โดย amide nitrogen ใน Gln ปฏิกริยาเกิดขึ้น โดยการย้อน configuration ของ ribose C1 ซึ่งทำได้โดยการสร้าง β-5-phosphorybosylamine (5-PRA) และ การจัดวาง anomeric เตรียมไว้สำหรับการสร้าง nucleotide ในอนาคต ปฏิกริยานี้ขับเคลื่อนให้เสร็จสมบูรณ์ได้โดย การ hydrolysis ตามลำดับของการปลดปล่อย PPi ซึ่งเป็นเส้นทางขั้นตอนการสร้าง flux และใช้เป็นเหตุผลในการควบคุมกระบวนการด้วย
การรวมตัวเป็นโพลีเมอร์
ในการรวมตัวกันเป็นกรดนิวคลีอิก นิวคลีโอไทด์แต่ละตัวจะต่อกันด้วยพันธะฟอสโฟไดเอสเทอร์โดยหมู่ฟอสเฟต ที่คาร์บอนตัวที่ห้าของเพนโทสของนิวคลีโอไทด์ตัวหลังจะต่อกับหมู่ไฮดรอกซิล (-OH) ที่คาร์บอนตัวที่สามของเพนโทสของนิวคลีโอไทด์ตัวหน้า และจะต่อเช่นนี้ไปเรื่อยๆ สายของกรดนิวคลีอิกมีสองปลาย ปลายที่หมู่ฟอสเฟตเป็นอิสระเรียก ปลาย 5
