Nukleotid je chemická sloučenina, která se skládá z heterocyklické báze, cukru a jedné nebo více fosfátových skupin. V nejběžnějších nukleotidech je bází derivát purinu nebo pyrimidinu a cukrem je pentóza – deoxyribóza nebo ribóza.
Nukleotidy jsou strukturální jednotky RNA, DNA a několika kofaktorů – CoA, FAD, FMN, NAD a NADP. V buňce hrají důležitou roli při výrobě energie, metabolismu a signalizaci.
Strukturní prvky nejčastějších nukleotidů
Názvy nukleotidů jsou zkráceny do standardních čtyřpísmenných kódů. První písmeno je malé a označuje, zda je dotyčný nukleotid ribonukleotidem (r) nebo deoxyribonukleotidem (d). Druhé písmeno označuje nukleosid odpovídající nukleobase:
Třetí a čtvrté písmeno označují délku připojeného fosfátového řetězce (Mono-, Di-, Tri-) a přítomnost fosfátu (P).
Například deoxy-cytidin-trifosfát je zkráceně dCTP.
Biosyntetický původ atomů purinového kruhu
Použitím různých izotopicky značených sloučenin bylo prokázáno, že N1 purinů vzniká z aminové skupiny Asp; C2 a C8 pocházejí z formatu; N3 a N9 přispívá amidová skupina Gln; C4, C5 a N7 jsou odvozeny z Gly a C6 pochází z HCO3- (CO2).
Syntéza purinových nukleotidů de novo, kterou jsou tyto prekurzory začleněny do purinového kruhu, probíhá 10-ti krokovou cestou k místu větvení, meziproduktu IMP, nukleotidu bázového hypoxantinu. AMP a GMP jsou následně syntetizovány z tohoto meziproduktu samostatnými, po dvou krocích, cestami. Purinové části jsou tedy zpočátku tvořeny spíše jako součást ribonukleotidů než jako volné báze. Syntézy IMP se účastní šest enzymů. Tři z nich jsou multifunkční – GART (reakce 2, 3 a 5), PAICS (reakce 6 a 7) a ATIC (reakce 9 a 10).
Reakce 1. Cesta začíná vznikem PRPP. PRPS1 je enzym, který aktivuje R5P, který je primárně tvořen pentózofosfátovou cestou, na PRPP reakcí s ATP. Reakce je neobvyklá v tom, že pyrofosforylová skupina se přímo přenáší z ATP na C1 R5P a že produkt má α konfiguraci okolo C1. Tato reakce je také sdílena s cestami pro syntézu pyrimidinových nukleotidů Trp a His. V důsledku toho, že je tato reakce na a) takové a) velké metabolické křižovatce a využití energie, je tato reakce vysoce regulovaná.
Reakce 2. V první reakci jedinečné pro biosyntézu purinových nukleotidů katalyzuje PPAT vytěsnění pyrofosfátové skupiny PRPP (PPi) Glnovým amidovým dusíkem. Reakce probíhá inverzí konfigurace kolem ribózy C1, čímž vzniká β-5-fosforybosylamin (5-PRA) a vzniká anomerní forma budoucího nukleotidu. Tato reakce, která je následnou hydrolýzou uvolněného PPi dovedena k závěru, je krokem generování toku dráhy, a je proto také regulována.