นิวคลีโอไทด์

thumb|450px|โครงสร้างของนิวคลีโอไทด์ที่พบบ่อย
**นิวคลีโอไทด์** () เป็นโครงสร้างพื้นฐานของกรดนิวคลีอิก ซึ่งประกอบด้วย นิวคลีโอไซด์ (neucleoside) กับหมู่ฟอสเฟต โดยนิวคลีโอไซด์ประกอบด้วยไนโตรจีนัสเบส (nitrogenous base; เรียกสั้น ๆ ว่าเบส) 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 อิน วิโทร (in vitro) และ ในสิ่งมีชีวิต อิน วิโว (in vivo) ในสิ่งมีชีวิต นิวคลีโอไทด์สามารถสังเคราะห์ จากการสร้างใหม่ (อังกฤษ: de novo) หรือ ใช้วิธีรีไซเคิลผ่าน salvage pathways นิวคลีโอไทด์ มีโครงสร้างที่อดทนต่อการแตกตัวซึ่งเป็นประโยชน์ในการสามารถนำมาใช้ได้ใหม่ ในการสังเคราะห์ นิวคลีโอไทด์ตัวใหม่ การสังเคราะห์ในห้องทดลอง กลุ่มป้องกันอาจถูกนำมาใช้ nucleoside บริสุทธิ์ ถูกป้องกันเพื่อสร้าง phosphoramidite ซึ่งสามารถทดแทนสิ่งที่หาไม่ได้ในธรรมชาติ หรือ เพื่อ การสังเคราะห์ oligonucleotide 

### Pyrimidine ribonucleotides
[thumb|right|400px|<div style="border-width: 0px; border-bottom: 1px solid black; text-align: left;">'''การสังเคราะห์ [Uridine monophosphate|UMP**</div>อธิบายสี <span style="font-weight: bold;"><span style="color: blue;">[[เอ็นไซม์]]</span>, <span style="color: rgb(219,155,36);">[[โคเอ็นไซม์]]</span>, <span style="color: rgb(151,149,45);">ผลิตภัณฑ์ตั้งต้น</span>, <span style="color: rgb(128,0,0);">inorganic molecules</span> </span>]]
การสังเคราห์ Pyrimidine nucleotide เริ่มด้วยการสร้าง carbamoyl phosphate จาก [[glutamine]] และ CO<sub>2</sub>.  ปฏิกิริยา cyclisation ระหว่าง carbamoyl phosphate ทำปฏิกิริยากับ aspartate ให้ orotate ในขั้นตอนย่อย ๆ Orotate ทำปฏิกิริยากับ [[Phosphoribosyl pyrophosphate|5-phosphoribosyl α-diphosphate]] (PRPP)  ให้ orotidine monophosphate (OMP) ซึ่งก็คือ decarboxylated เพื่อใช้สร้าง uridine monophosphate (UMP) ซึ่งมาจาก UMP ที่ pyrimidine nucleotide ตัวอื่น ๆ ส่งต่อมา UMP เป็นตัว phosphorylated สำหรับ uridine triphosphate (UTP) ทำโดยผ่านปฏิกิริยากับ ATP 2 ขั้นตอน  Cytidine monophosphate (CMP) ซึ่งได้รับมาจากการเปลี่ยน UTP ไปเป็น cytidine triphosphate (CTP) ด้วยปฏิกิริยาย่อยที่ทำให้เสีย 2 ฟอสเฟต

=== Purine ribonucleotides ===
อะตอมที่ใช้สร้าง [[purine nucleotides]] ได้มาจากหลาย ๆ แหล่ง 



[[ไฟล์:Nucleotides syn1.png|thumb|right|400px|การสังเคราะ IMP อธิบายสีต่าง ๆ <span style="font-weight: bold;"><span style="color: blue;">[[เอ็นไซม์]]</span>, <span style="color: rgb(219,155,36);">[[โคเอ็นไซม์]]</span>, <span style="color: rgb(151,149,45);">ชื่อผลิตภัณฑ์ตั้งต้น</span>, <span style="color: rgb(227,13,196);">[[เมทัลไอออน]]</span>, <span style="color: rgb(128,0,0);">inorganic molecules</span> </span>]]

กระบวนการสังเคราะห์ใหม่ (อังกฤษ :[[de novo synthesis]]) ของ [[purine nucleotides]] ที่แสดงในรูปนี้ แสดงให้เห็น กระบวนการสร้าง purine ring กระทำโดย  pathway 10 ขั้นตอน เพื่อเสริมกิ่งของ ผลิตภัณฑ์ระหว่างกลาง (intermediate) คือ [[Inosine monophosphate|IMP]] ซึ่งเป็น nucleotide ที่มีพื้นฐานจาก [[hypoxanthine]] สำหรับ [[Adenosine monophosphate|AMP]] และ [[Guanosine monophosphate|GMP]] เป็นกระบวนการย่อยของการสังเคราะห์ จากผลิตภัณฑ์ระหว่างกลาง ผ่าน pathway 2 ขั้นตอน ที่แยกออกจากกัน ดังนั้น purine [[Moiety (chemistry)|moieties]] เป็นผลิตภัณฑ์ขั้นต้นส่วนหนึ่งของ [[ribonucleotides]] นอกเหนือจาก [[Freebase (chemistry)|free bases]] 

เอ็นไซม์ 6 ชนิดที่เป็นส่วนหนึ่งของการสังเคราะห์ [[IMP|IMP synthesis]] 3 ตัวในจำนวนนี้มีการทำงานได้หลายแบบ
* [[Phosphoribosylglycinamide formyltransferase|GART]] (ทำปฏิกิริยาที่ 2 3 และ 5)
* [[Phosphoribosylaminoimidazole carboxylase|PAICS]] (ทำปฏิกิริยาที่ 6 และ 7)
* [[Inosine monophosphate synthase|ATIC]] (ทำปฏิกิริยาที่ 9 และ 10)

**ปฏิกิริยาที่ 1**. เส้นทางเริ่มที่การสร้าง [[PRPP]] ซึ่ง [[PRPS1]] คือ [[เอ็นไซม์]] ที่พร้อมทำปฏิกิริยา [[R5P]] ซึ่งมีการจัดเรียงตัวเบื้องต้น โดย [[pentose phosphate pathway]] ไปเป็น [[PRPP]] โดยทำปฏิกิริยาซ้ำกับ [[Adenosine triphosphate|ATP]]  ปฏิกิริยานี้ไม่ปกติตรงที่ กลุ่ม [[pyrophosphoryl]] ซึ่งได้ส่งต่อมาจาก ATP ไปยัง [[C1]] ใน [[R5P]] และทำให้เกิดผลิตภัณฑ์ที่มี **α** configuration ใน [[C1]] ในปฏิกิริยานี้ยังได้ใช้ร่วมกับ pathways สำหรับการสังเคราะห์ [[Tryptophan|Trp]] [[Histidine|His]] และ [[pyrimidine nucleotides]] โดยเหมือนกับเป็น metabolic crossroad หลักที่ต้องการพลังงานจำนวนมากในการทำปฏิกิริยาซ้ำ

**ปฏิกิริยาที่ 2**. ในปฏิกิริยาแรกมีจุดเด่นตรงที่เกี่ยวข้องกับ [[purine nucleotide biosynthesis]] ตัวเร่งปฏิกรยา [[PPAT]]  ซึ่งทำการเปลี่ยนตำแหน่ง [[pyrophosphate]] group (PP<sub>i</sub>) ใน [[PRPP]]  โดย [[amide nitrogen]] ใน Gln ปฏิกิริยาเกิดขึ้น โดยการย้อน configuration ของ [[ribose C1]] ซึ่งทำได้โดยการสร้าง **β'''-5-phosphorybosylamine (5-PRA) และ การจัดวาง anomeric เตรียมไว้สำหรับการสร้าง nucleotide ในอนาคต ปฏิกิริยานี้ขับเคลื่อนให้เสร็จสมบูรณ์ได้โดย การ hydrolysis ตามลำดับของการปลดปล่อย PPi ซึ่งเป็นเส้นทางขั้นตอนการสร้าง flux และใช้เป็นเหตุผลในการควบคุมกระบวนการด้วย

## การรวมตัวเป็นโพลีเมอร์
ในการรวมตัวกันเป็นกรดนิวคลีอิก นิวคลีโอไทด์แต่ละตัวจะต่อกันด้วยพันธะฟอสโฟไดเอสเทอร์โดยหมู่ฟอสเฟต ที่คาร์บอนตัวที่ห้าของเพนโทสของนิวคลีโอไทด์ตัวหลังจะต่อกับหมู่ไฮดรอกซิล (-OH) ที่คาร์บอนตัวที่สามของเพนโทสของนิวคลีโอไทด์ตัวหน้า และจะต่อเช่นนี้ไปเรื่อย ๆ สายของกรดนิวคลีอิกมีสองปลาย ปลายที่หมู่ฟอสเฟตเป็นอิสระเรียก ปลาย 5’ ส่วนปลายที่หมู่ไฮดรอกซิลเป็นอิสระเรียกว่าปลาย 3’

เนื่องจากส่วนของฟอสเฟตและน้ำตาลของนิวคลีโอไทด์เป็นส่วนที่คล้ายคลึงกัน แต่จุดที่ทำให้นิวคลีโอไทด์แต่ละตัวต่างกันอยู่ที่เบส ดังนั้นชนิดของเบสจึงเป็นตัวกำหนดคุณสมบัติของนิวคลีโอไทด์ ซึ่งเบสสามารถเข้าคู่กันด้วยพันธะไฮโดรเจนเป็นคู่ ๆ ได้ เบสที่เข้าคู่กันได้นี้เรียกว่าเบสคู่สม เบสคู่สมมีสองคู่คือ A กับ T (หรือ U) และ G กับ C

## อ้างอิง
* Lehninger, A.L., Nelson, D.L., and Cox, M.M. 1993. Principle of Biochemistry. 2nd ed. New York.: Worth

## ดูเพิ่ม
* DNA
* RNA

หมวดหมู่:พันธุศาสตร์
หมวดหมู่:กรดนิวคลีอิก