Nukleotida ialah monomer yang berpolimer menjadi asid nukleik. Semua nukleotida mengandungi gula, fosfat, dan bes nitrogen. Bes yang terdapat dalam asid nukleik adalah sama ada purina atau pirimidina. Dalam haiwan multiselular yang lebih kompleks, kedua-duanya dihasilkan terutamanya dalam hati, tetapi kedua-dua jenis bes disintesis dengan cara yang berbeza. Walau bagaimanapun, semua sintesis nukleotida memerlukan penggunaan fosforibosil pirofosfat (PRPP) yang menyumbangkan ribosa dan fosfat yang diperlukan untuk mencipta nukleotida.

Sintesis purin

Adenina dan guanina ialah dua nukleotida yang dikelaskan sebagai purina. Dalam sintesis purina, PRPP bertukar menjadi inosina monofosfat atau IMP. Pengeluaran IMP daripada PRPP memerlukan glutamina, glisina, aspartat dan 6 ATP, antara lain.[1] IMP kemudiannya ditukar kepada AMP (adenosina monofosfat) menggunakan GTP dan aspartat yang ditukar kepada fumarat. Walaupun IMP boleh ditukar terus kepada AMP, sintesis GMP (guanosina monofosfat) memerlukan langkah perantaraan, di mana NAD+ digunakan untuk membentuk xantosina monofosfat perantaraan atau XMP. XMP kemudiannya ditukarkan kepada GMP dengan menggunakan hidrolisis 1 ATP dan penukaran glutamina kepada glutamat.[1] AMP dan GMP kemudiannya boleh ditukar kepada ATP dan GTP, masing-masing, oleh kinase yang menambah fosfat tambahan.

ATP merangsang pengeluaran GTP, manakala GTP merangsang pengeluaran ATP. Peraturan silang ini mengekalkan jumlah relatif ATP dan GTP yang sama. Lebihan mana-mana nukleotida boleh meningkatkan kemungkinan mutasi DNA tatkala nukleotida purina yang salah dimasukkan.[1]

Sindrom Lesch-Nyhan disebabkan oleh kekurangan dalam hipoxantina-guanina fosforibosiltransferase atau HGPRT, enzim yang memangkinkan tindak balas berbalik untuk menghasilkan guanina daripada GMP. Ini adalah kecacatan kongenital berkaitan jantina yang menyebabkan pengeluaran asid urik berlebihan bersama-sama dengan perencatan akal, spastik dan keinginan untuk mencederakan diri sendiri.[1][2][3]

Sintesis pirimidin

Nukleosida pirimidina termasuk sitidina, uridina dan timidina.[4] Sintesis mana-mana nukleotida pirimidina bermula dengan pembentukan uridina. Tindak balas ini memerlukan molekul aspartat, glutamina, bikarbonat, dan 2 ATP (untuk membekalkan tenaga), serta PRPP yang membekalkan ribosa monofosfat. Tidak seperti dalam sintesis purina, kumpulan gula/fosfat daripada PRPP tidak ditambah kepada bes nitrogen sehingga menjelang akhir proses. Selepas mensintesis uridina monofosfat, ia boleh bertindak balas dengan 2 ATP untuk membentuk uridina trifosfat atau UTP. UTP boleh ditukar kepada CTP (sitidina trifosfat) dalam tindak balas yang dimangkinkan oleh CTP sintetase. Sintesis timidina terlebih dahulu memerlukan pengurangan uridina kepada deoksiuridina (lihat bahagian seterusnya) sebelum bes boleh dimetilasi untuk menghasilkan timidina.[1][5]

ATP, nukleotida purina, ialah pengaktif sintesis pirimidin, manakala CTP, nukleotida pirimidina, ialah perencat sintesis pirimidina. Peraturan ini membantu mengekalkan jumlah purina/pirimidina yang sama, yang bermanfaat kerana jumlah purina dan pirimidina yang sama diperlukan untuk sintesis DNA.[1][6]

Kekurangan enzim yang terlibat dalam sintesis pirimidina boleh membawa kepada penyakit genetik asiduria orotik yang menyebabkan perkumuhan berlebihan asid orotik dalam air kencing.[1][7]

Penukaran nukleotida kepada deoksinukleotida

Nukleotida pada mulanya dibuat dengan ribosa sebagai komponen gula yang merupakan ciri RNA. DNA, bagaimanapun, memerlukan ribosa deoksi, yang tidak ada kumpulan 2'-hidroksil (-OH) di ribosa. Tindak balas untuk mengeluarkan -OH ini dimangkinkan oleh ribonukleotida reduktase. Enzim ini menukarkan NDP (nukleosida difosfat) kepada dNDP (deoksinukleosida difosfat). Nukleotida mestilah dalam bentuk difosfat untuk tindak balas berlaku.[1]

Untuk mensintesis timidina, komponen DNA yang hanya wujud dalam bentuk deoksi, uridina ditukar kepada deoksiuridina (oleh ribonukleotida reduktase), dan kemudian dimetilasi oleh timidilat sintase untuk menghasilkan timidina.[1]